测量导轨直线度误差应该注意哪些事项?

测量导轨直线度误差应该注意哪些事项?
测量导轨直线度误差应该注意哪些事项?

测量导轨直线度误差应该注意哪些事项?
直线导轨的安装和校直实例

直线导轨长1.7m,工作行程可达1.5m.导轨工作台是装有两条滚动直线导轨,每条导轨上有两个滑块,以保证移动的稳定性.
校直的两个目标:
一．基准导轨达的直线度误差达在到规定范围内；
二．两条导轨之间的平行度误差达到规定值.
辅助工具：带磁座的千分表和水平仪（2um/200mm）
坐标系设定如下图所示：
基准在左边,被测导轨在右边,从上向下俯视是测量系统的俯视图,正向视图为测量系统的主视图.
根据使用坐标系习惯,规定系统的俯视图图示所示的方向为X轴方向（水平）的正方向.
在铅锤线上,设定主视图所示向上的方向为Y 轴（铅锤）的正方向.
导轨
基准
X轴正方向
基准线
系统俯视图

图1 系统俯视图
基准线
导轨
基准
Y轴正方向
系统主视图

图2 系统主视图
1.CCD有正反两种安装,当CCD正装时,测量系统给出的计算结果才与实际相符.如果反装,则结果与实际方向相反,在修整导轨直线度时要特别注意.
2.视频窗口的坐标是以向右为X轴正向,向下为Y轴正向,原点在视频窗口的中心.状态栏（右下角）中的中心坐标既是图像中心在视频窗口中的坐标值,单位为像素.

(一) 校直的方案：
基准导轨的理论基准直线是空间的直线,因此在两个相互垂直的平面（水平面和铅垂面）分别校直.校直过程中,直线度误差的测量也是在这两个平面内进行的.坐标系的设定和测量系统相同.由于导轨是刚性件,挠度较小,校直幅度不能过大,所以,校直的过程中,直线度误差的计算采用最小二乘法.在校直的过程中,是以最小二乘中线作为基准直线.在校两条导轨平行程度时,也是采用最小二乘中线为基准.
导轨和导轨基座的接触是面接触,导轨靠基座上的相互垂直的平面进行定位.校直中,基座接触面增加材料（垫薄片材料）远比去除材料（磨削或刮研）容易,所以,本校直实例采用增加材料（垫薄片材料）,但只能达到数丝的精度（垫薄片材料厚度限制）,要达到高的精度则需要用去除材料的方法.校直过程中的基准直线实际是平行基准导轨最小二乘中线并且通过极限点的直线.由于以基准导轨最小二乘中线为基准线,为调整方便,选取平行基准线并且通过极限点的直线作为调整的基准,然后计算出各测点相对该调整基准直线的偏移量,按其偏移量进行调整.本校直例中,铅垂面的极限点就是最大值；水平面的极限点就是上侧导轨的最大值或下侧导轨的最小值（去除材料（磨削或刮研）定义极限点是最大值和最小值互换）.既是以平行最小二乘中线且通过该极限点的直线为基准时,调整导轨只需垫薄片材料.具体如下：
1. 确定基准导轨（由工艺师或生产厂家决定）并进行校直,使其直线度误差的值在规定的范围内；
2.采用上述的方法校直第二条导轨.以校直好的基准导轨作为基准直线,使第二条导轨的最小二乘中线和基准导轨的最小二乘中线达到规定的平行度误差.
(二) 校直步骤：
1. 基准导轨的校直
(1).利用空间直线度测量仪测量出导轨水平和铅垂方向的直线度误差,并且计算出各测点相对最小二乘中线的偏移量.
(2).根据计算结果的,确定直线基准.然后根据相应点的偏移量,为各处增加材料,调整好导轨,使其在两个平面的直线度误差达到要求.
2. 第二条导轨的平行度校直
(1).首先,测量出该导轨的直线度误差和各测点的相对坐标（偏移量）（第二条导轨只与下安装台面固连）；然后,分别用水平仪测出两条导轨起始点与结束点的角度差（联结件之间均紧固）,通过角度差和在长度方向的距离可以计算出首尾两点的高度差.用千分表测出两条导轨首尾端点水平方向平行度的变化量.
(2). 第二条导轨的调整必须以第一条（已校直过的）导轨为基准.要使该导轨的调整基准直线与基准导轨的最小二乘中线（基准导轨的理想直线基准）在铅垂方向平行,即两条理想基准直线共平面（将这两条异面直线平移到一个铅垂面中能够平行）.
两条导轨有各自的坐标系,设定两坐标系的坐标轴是平行的,即可以通过平动使两坐标系重合.基准导轨和被调整导轨（第二条导轨）的空间位置如图3所示,基准导轨的坐标系是Y1O1Z1,被调整导轨的坐标系是Y2O2Z2.基准导轨的首尾连线是AB,最小二乘中线是CD,被调整导轨的首尾连线是直线EF,被调整导轨的实际曲线是曲线EF.要使两导轨平行,则需要在坐标系Y2O2Z2中找到一条过极限点的直线作为调整基准,该直线必须平行坐标系Y1O1Z1中的直线CD(基准导轨的二乘中线).水平测量仪测量出的角度差是AE与BF的角度差,根据两导轨的水平距离和角度差可以计算出BI的高度.
第一步,在坐标系Y2O2Z2中将EF旋转到EK,KF=BI,则EK平行于AB.
第二步,在坐标系Y2O2Z2中将EK旋转到EG,使KG=AC-BD,则EG平行于CD.
第三步,在坐标系Y2O2Z2中做一条过极限点且平行于EG的直线,本校直例中,铅垂面的极限点就是最大值,即图中点E,所以,被调整导轨的调整基准直线就是EG.
在确定EG后,可以根据被调整导轨的实际曲线EF的坐标值计算出各点对应的调整量（曲线EF各点相对直线EG的偏移量）,如图4 的虚线所示.
在调整时,两坐标平面一般不平行,但对调整得计算影响很小,可以忽略不计.同样,在水平面内调节时,其铅锤面的影响也不予考虑.
(3).在水平方向的计算和调整与铅垂方向是类似的,这里不再赘述.

图3

图4
(三) 直线导轨的安装校直的数据：（铅垂面）
1. 基准导轨的校直
铅垂面内,基准导轨对其最小二乘中线的坐标
66.7700 46.5371 30.0096 14.9645 12.5182 -6.2325 -19.7955 -24.4650 -27.6524 -36.0275 -45.8849 -49.8133 -52.2596 -50.2591 -36.4008 -20.3191 -26.4709 -32.3263 -27.6578 -19.7284 -7.3524 13.1760 38.8921 64.6083 68.6839 59.7158（最小二乘误差:120）
铅垂面对应点垫高值：
0 0 25 25 50 70 80 80 80 95 95 95 130 130 95 80 80 95 80 70 50 25 25 25 0 0
垫高后,铅垂面内基准导轨对其新的最小二乘中线的坐标（um）：
23.3396 2.7542 -1.5267 -6.5488 -4.1596 -1.0294 -15.6859 -5.1445 -15.3543 -5.5541 -6.1294 -6.7047 11.2478 9.1903 -3.2429 -14.1938 -11.0636 6.1478 4.0903 -3.8962 -7.4360 -10.9758 -5.6222 13.8126 16.9428 13.4030
最小二乘误差:39.1
2. 第二条导轨的调整
水平仪测出两条导轨起始点与结束点的首尾两点的高度差80um（±11 um）.
铅垂面内第二条导轨的安装基面对基准导轨的最小二乘中线的坐标（um）：
-79.1733 -78.3780 -84.9938 -89.3862 -93.0375 -89.2777 -78.8478 -81.0169 -98.0083 -116.4820 -113.4632 -96.3633 -85.9335 -86.6203 -95.4595 -85.0296 -83.4931 -94.5556 -86.3491 -71.4725 -64.0071 -48.3895 -34.2540 -24.5653 -9.6887 0
铅垂面原始平行度误差：116.5
铅垂面对应点垫高值：
85 85 85 85 85 85 90 90 100 115 115 100 90 90 100 90 90 100 90 80 70 50 45 25 0 0
垫高后,水平仪测出两条导轨起始点与结束点的首尾两点的高度差：21 um
铅垂面内第二条导轨对基准导轨的最小二乘中线的坐标（um）：
-20.4031 -11.7918 -16.5205 -24.2137 -25.9780 -26.2600 -1.3442 -3.1084
-10.8016 -12.5659 -20.2591 -26.4701 -34.1633 -21.1053 -16.9406 -24.6338 -20.4692 0 -3.2465 -2.0463 -3.8106 -8.5393 -8.8214 -10.5857 -15.3144 -11.1498
修正后,铅垂面内平行度误差：-34.2
直线导轨的安装小结
A．基准导轨的校直并固定；
B．第二条导轨的平行度校直,并与下安装台面预先连接（不紧固）；
C. 基准导轨和第二条导轨的滑块与上工作台面预先连接（不紧固）,滑块与上工作台面反复在基准导轨和第二条导轨上作全程的往复运动,紧固基准导轨的滑块与上工作台面,在紧固第二条导轨的滑块与上工作台面,最后紧固第二条导轨与下安装台面.
注意：1.紧固力要均衡.
2. 在第二条导轨的平行度校直过程中,当水平仪测出两条导轨起始点与结束点的首尾两点的高度差时,由于联结件之间均紧固,高度差必然有缩小的效应,这是由于联结件之间均紧固使上工作台面有向中性基准面的变形,所以,高度差应放大1.1-1.3,并全部安装后复检查.
3. 磨削或刮研的方法校直导轨才能保证高精度和高刚度.