超長直線滾動導軌精度的調試與測量

2009-12-03

　　直線滾動導軌已廣泛應用于各類機床及非標準設備中。一般，由于有已加工面作為安裝基準和應用長度有限，所以其調試與測量較為簡易。但對于超長導軌(大于8m) ，其調試與測量便成為難題。我們在研制微波近場測試設備時遇到了超長(13m)導軌結構，就如何調試與測量其精度總結了一些經驗，在此作一探討。
　　1 直線導軌安裝結構及精度要求
　　某近場測試設備水平向導軌分主導軌和副導軌，全長各13m，跨距1.5m，是該設備各項精度極為重要的基礎和基準。主導軌起主導作用，副導軌起支承作用，其安裝結構見圖1，精度要求見表1。

圖１

表１水平向導軌精度要求(mm)

　　2 主直線導軌在水平面內直線度調試
　　由于導軌是由13根1m長的精密導軌在基礎鋼軌上拼接而成。為了便于精密導軌的拼接和調試，我們將此過程分成鋼軌粗調與精密導軌精調兩步。
　　(1)鋼軌粗調
　　我們采用拉鋼絲法(見圖2) ，在鋼軌上置一滑塊，滑塊上安裝一帶有刻度的讀數顯微鏡，顯微鏡的鏡頭對準一直徑為0.3mm的鋼絲，鏡頭垂直放置。在鋼軌一端固定鋼絲，另一端通過滑輪吊一重錘，然后調整鋼絲兩端，使顯微鏡在鋼軌兩端時鋼絲與鏡頭上的刻線重合。此時，鋼絲在水平面內已是一理想直線，換句話說為一基準。移動滑塊即檢查出鋼軌上任一位置的直線度，并進行調整直到鋼軌全長在水平面內直線度調至0.3mm范圍內。然后，用配作法安裝精密導軌。此時，精密導軌在水平面內的直線度在0.3mm范圍內，給進一步調整帶來了方便。

1.重錘 2.滑輪及支架 3.鋼絲 4.鋼軌 5.反光鏡 6.讀數顯微鏡 7.顯微鏡支架 8.滑塊
圖２

　　 (2)主導軌在水平面內直線度精調
　　首先將寬45mm精密導軌相對13m長度簡化成一直線。一般情況下，測量水平面直線度可采用準直儀、平行光管等普通光學儀器，但該導軌較長，超出了測量范圍且讀數困難，因此，我們采用了德國產200m對線望遠鏡測試法(見圖3)。將光源及鏡頭讀數裝置分別置于導軌兩端，目標固定于原配導軌滑塊上，移動滑塊(目標) 即可測出導軌全長任一點的誤差。調整調整座上的相應螺栓，在壓板螺栓預緊狀態下，分段調整。讀數精度為每格0.001mm。

圖３

　　3 主直線導軌在垂直面內直線度及與大地水平度調試
　　為了充分反映主導軌全長上任一點的誤差，我們采用了德國產0.01mm/1000合像水平儀，每隔100mm(滑塊長)首尾相連測試法共測115點計11.5m(見圖4)。調試時采用0.015mm/1000框式水平儀，1m直尺及等高塊規置于兩調整座之間(見圖5)。調整水平調整螺栓使框式水平儀讀數盡可能小，且使水平儀水泡方向交錯，左右座位同時兼顧調整，直至得到滿意的讀數值。然后將合像水平儀置于滑塊上(見圖4)模擬工作狀態，移動滑塊，每100mm讀數一次，得到115個讀數，經數據處理后畫出曲線圖，從圖中量出主導軌在垂直平面內的直線度及與大地水平誤差。也可通過旋轉法進行數據處理直接得到兩項誤差，結果與作圖法一致。

圖4

圖5

　　4 主直線導軌扭曲度的調整
　　主導軌扭曲度是原設計未要求而我們認為極為重要的精度。它的誤差直接影響副導軌的調整和在使用過程中將影響滑臺的運動自如，以至影響整個裝置的使用和精度。因此，我們設定其誤差<0.05mm，將0.03mm/1000框式水平儀橫向(垂直于導軌)置于滑塊上(見圖6)，移動滑塊可測出任一點的扭曲度。通過加墊片調整，Z終保證誤差<0.05mm/全長。

圖6

　　5 副直線導軌調整
　　為保證副軌與主軌在兩個平面內的位置精度，我們用一根2m直尺(自身平行度0.01mm)，另設計固定滑塊的夾具。將直尺置于兩軌間作為“過橋”。如此，直尺可通過兩軌上滑塊在兩軌上任意移動，且充分模擬工作狀態。
　　垂直面內副導軌直線度及與主導軌平行度在垂直面內與主軌平行及副軌本身在垂直面內直線度這兩項精度，可通過調測主副軌任一點的等高來反映。在“過橋”(直尺)上置一0.01mm/1000合像水平儀。移動“過橋”，讀水平儀讀數。調整時僅調副軌各調整機構，直至誤差<0.05mm。此結果說明副軌的直線性即主軌的直線性。垂直面內的平行度自然已保證。
　　水平面內副導軌直線度及與主導軌平行度在“過橋”上置一百分表，在測試等高的同時，可將直線度調在0.30mm/13000內，平行度自然也已同時保證。
　　6 結論
　　經具有二級計量資格部門測量論證，水平向主副導軌的各項精度如表2所示。按以上方法同樣對該設備垂直向導軌(長8m)進行了調試與測量，并將在未來的四臺同類設備研制中得到應用。

表2 調試后水平向導軌現有精度(mm)