直线导轨精度检测方法及装置研发

直线导轨精度检测方法及装置研发

宋宝荣    ,2.范凯

咸阳丰宁机械有限公司  陕西 咸阳  712000

摘要：直线导轨精度检测方法在目前基本处于空白，国内现有的检测方法主要包括手工测量和自动测量，这两种测量方法有一定的缺陷，测量项目也有其局限性，目前还很难满足生产需要与科学实验需求。为此，本文主要介绍了直线导轨精度检测的方法以及装置研发，为制造商选择直线导轨精度检测方法和装置提供依据。

关键词：直线导轨精度；检测方法；装置研发

引言：

随着机械的数控化以及高精度等强烈的需求，一定程度上推动了直线导轨副的研究和应用。直线导轨是滚动直线导轨副的重要组成部分，因此，对直线导轨的测量方法和测量装置的研究具有十分重要的意义。

一、现阶段研究存在的一些问题

现阶段，运用较为普遍的是手工测量方式，该方式会过多耗费人力和财力，其缺点显而易见。并且手工测量方式一定程度上存在原理上的缺陷。再者，部分生产厂家和科研单位也在试图研制自动检测导轨精度的方案，但此过程中也存在诸多问题：第一，测量项目缺乏全面性，不能够满足生产和科研的要求。第二，测量方法上有一定的缺陷，导致测量结果与真实结果不符。第三，该测量方法通用性较低，在一定程度上提高不了检测效率，反而造成测量成本增加。

二、直线导轨精度检测装置研究现状

国内加工制造滚动直线导轨副的公司目前主要有山东济宁博特有限公司、大连机床厂、南京工艺装备有限公司等，这些企业都有自主或者与外合作研发的针对滚动直线导轨副相关内容的测试系统，并且合理地利用了相对测量原理，对被测轮廓上的许多特征点采取了数据测量，仪器可以自动完成检测结果和精度等级的判断，检测效率以及检测质量相对较高。

在我国，与导轨相关联的行业大部分仍然采用手动检测方法对直接导轨的精度进行检测，这种测量方法及要求操作水平过高，又对测量平台要求极高，由于在测量过程中要更换位置，所以难免会产生一些误差，为了达到精度的要求，测量时要求，测量平台保持干净。并且在测量不同规格导轨时，需要耗费大量的体力和时间进行拆、装。显然，这种测量方法效率比较低下。因此，许多制造商选择直线导轨精度自动检测装置，以提高检测效率。[1]

三、直线导轨精度检测方法

滚道相关尺寸和精度的测量是检测的难点，现阶段，企业作为直线导轨精度自动检测装置研发的中坚力量，其对滚道半径测量没有需求，所以这方面基本属于空白状态。对于导轨滚道平行度的测量主要包括手动测量和自动测量方式。目前，导轨滚道平行度PA 1和PA2精度运用手动测量方式依然是国内大多厂家的主要选择。

(1)手动检测导轨滚道平行度PA 1的探析

手动检测导轨滚道平行度PA 1有其测量原理：需要在导轨的左右两侧滚道放置相同量棒并且使用手将其固定住，然后通过检测平台在导轨宽度方向测量出两棒的最高点，便能够得到截面位置的测量值，其他截面可以通过重复上述操作而得到测量值，也能够得到对导轨平行度PA 1的评价公式，其公式为测量位置测量值之差绝对值的最大值。[2]但是，此项测量原理使得一个重要的因素被忽视，忽视了量棒放置在导轨滚道上存在的均化影响，导致测量值之差的绝对值与实际变化量不符。在采用此项测量原理时，一定要保证测量平台的平面度，不然将会把测量平台产生的误差计入测量结果，另外，定要高度关注横向移动表座，否则，将会导致测量点不能够在同一导轨截面上，从而产生不必要的误差。

（2）手动检测导轨滚道平行度PA 2的探析

手动检测导轨滚到平行度PA2的检测原理为：首先，将被测导轨在高精度测量平台上紧固，使被测导轨的下基准面转移至测量平台所在的基准面，然后将专用表架放置于测量平台上，将其侧面和背侧导轨的侧面基准面进行贴合，并且将表架测头触及滚道面上加装钢珠进行测量。在测量的过程中，通过推动表架，使其沿着轨道逐渐移动，然后可以读取到每一个位置的精确测量值，最后，测量值的最大值减去最小值来评定所测导轨滚到的平行度误差。可以依照测量方法，建立相关的数学模型进行测量，通过一系列的测量过程可得到这样的结论：手工测量值会导致任意方向产生误差，其测量结果会与真实的结果存在一定的差距，这也反映出，手工测量存在的缺陷，所以，手工测量方法等同于一种近似的测量方法。

（3）自动检测导轨轨道平行度PA 1 PA 2的探析

目前，自动检测方式在直线导轨精度研究中愈加被重视，已成为诸多导轨生产厂家所需求的检测方式。其中，最为认可的是广东高新凯特精密机械有限公司研制的直线导轨精度自动检测装置，其检测原理为：将标准导轨固定安装在测量装置的一端，然后在其上面嵌套标准滑块，将顶板固定安装在滑块上，给顶板两侧设置支架，然后在支架上安装带有垂直设置的非接触测头。

初始测试阶段，要通过专用量具得到标准导轨滚道中心相对其底面基准的距离和平行度，同时将初始测量值收集起来，接着，将滑块移动到被测导轨上，将被测导轨截面的测量数据收集起来，通过反复上述操作，最终得到全过程的测量值。此项测量方法可以提高检测效率，但是也存在与手动测量相同的问题，在测量过程中忽略了导轨与滑块在配合时的均化问题。使其测量结果值与实际值有所差异。

四、直线导轨精度检测装置研发

由于手动检测方法和自动检测方法都存在一定的缺陷，会导致检测结果与实际结果不符。因此，针对直线导轨精度自动检测装置匮乏的问题，有必要专门设计一种适用于直线导轨精度检测的测量装置，进而为导轨生产厂家提供新型的检测手段。在研发直线导轨精度检测装置时，要考虑到企业用户的特殊需求，需要根据不同型号导轨设计出专门的检测装置，为保证检测具有稳定性，且能够保证检测效率和检测精度，并且要结合相关测量原理和检测方法，设计一款专一的直线导轨精度检测装置。[3]

（1）通用型直线导轨精度检测装置

通用型直线导轨精度检测装置需要使用多种调节装置和传感器，这样才能够满足科研的需要以及生产的要求，其通用性非常高。该设计主要由床身、龙门架、测量单元、主导轨等构成。工作特征表现为：床身两侧需要平行设置主导轨，将龙门架固定在主导轨滑块上，将z轴安装在龙门架内侧，外侧设置驱动单元x轴，在z轴传动元件将测量单位固定其末端，并在测量单位上设置多个非接触式位移传感器。在测量单位运动的过程中，通过位移传感器能够测量到监测台上背侧导轨的各个测量指标，要注意的是，在测量初期，需要标定固定的标准。

（2）专用型直线导轨精度检测装置

专用型直线导轨精度检测装置与通用型直线导轨检测装置有许多相似的地方，其主要包括床身、测量平台、z轴直线滑台、非接触始于接触式位移传感器等。将测量平台设置在床身上，并且在测量平台上设置有直线滑台，将测量架安装在直线滑台上，并在其上固定好测量传感器。[4]在测量时，一定情况下要启动z轴直线滑台上下运动进行测量。可以用接触式位移传感器代替底面基准测量传感器，这能够实现实用性与经济性，使测量效率得到进一步提高。专用性直线导轨精度检测装置的结构简单，能够降低空间利用，而且能够避免做繁琐的紧固工作，适用于自动化检测的需要。

五、结束语

综上所述，在直线导轨精度检测中，要根据实际情况，合理地选择手动检测方法和自动检测方法，确保检测结果的准确性。在直线导轨精度检测装置的研发过程中，要充分考虑到客户特殊需求，选择通用型或者专用型直线导轨检测检测装置，确保检测的稳定性。

参考文献：

[1]王柳.直线导轨精度检测方法及装置研发[D].南京理工大学,2017.

[2]欧屹,王柳,冯虎田.一种直线导轨精度检测装置及方法:,2018.

[3]徐小韵,王志荣.导轨副滑块型面精度检测装置设计及分析[J].组合机床与自动化加工技术,2018(04):102-106.

[4]李薇.一种滚动直线导轨副精度自动化检测方法[J].组合机床与自动化加工技术,2010(03):34-37.

作者：宋宝荣，男，机械工程师，1986.10，主要从事研究直线导轨的应用及生产制造，陕西咸阳。

作者：范凯，男，机械工程师，1984.10.主要从事滚珠直线导轨的开发设计与加工工艺研究工作。