超长直线滚动导轨精度的调试与测量

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1 超长直线导轨

直线滚动导轨已广泛应用于各类机床及非标准设备中。一般，由于有已加工面作为安装基准和应用长度有限，所以其调试与测量较为简易。但对于超长导轨(大于8m) ，其调试与测量便成为难题。我们在研制微波近场测试设备时遇到了超长(13m)导轨结构，就如何调试与测量其精度总结了一些经验，在此作一探讨。

2 导轨安装结构及精度要求

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图1

# b/ h' _0 e% U( j& E9 W' m. w1 X; u* Z& n' O" l" v8 V2 F8 `$ n' X! H' K" l+ A; f: R! d, k( o" [4 c0 v' P, r6 ~. D4 P# E1 d& C' j: Y" i4 W' \1 X& F. ?. }! `/ J4 i! Y# Y; i* c( t0 a6 a) L9 g! i2 i# d% \: j" l- U+ I5 Y* p- e2 S0 Y, \7 |& C; L" h4 E& L( y$ z T7 K7 _6 R' K5 _) N5 ~" r# e6 Z; O/ @0 \& ?1 b. r& g, @/ M- I% y4 K# r) Y1 d2 l P G: {8 S7 E& z. q( V5 I1 k7 t8 ]! o( ]+ ]' w1 A0 h- i1 A/ v. K' ~2 H$ W ?1 i$ C6 d( d4 ^ N6 H; a4 b5 K, `8 H" M% Y" W% ~$ k- f- |+ u9 y" Q3 }0 j& I$ d" b0 @* d# Z8 ^* q- w# D: U# W1 z; M7 @9 @# i( l( w6 }; d3 B% l7 p- F! F7 A' |" g 表1 水平向导轨精度要求(mm) 精度项目 水平导轨 主轨 副轨 在垂直平面内的直线度 0.10/13000 0.10/13000 在水平面内的直线度 0.10/13000 0.30/13000 与大地水平 0.50/13000 0.50/13000 副轨与主轨在垂直面内的平行度 - 0.10/13000 水平导轨的扭曲 0.05/1000 0.05/1000 水平主轨与副轨在任一点等高 0.02/13000 - 副轨与主轨在水平面的平行度 - 1/13000

1.重锤 2.滑轮及支架 3.钢丝 4.钢轨 5.反光镜 6.读数显微镜 7.显微镜支架 8.滑块 图2

图3

图4

+ `: P4 a$ c; I. V0 Q! x# L/ R4 X/ S- U! j) h$ Y2 h7 |: n/ y& g, W K/ K- j& h# E+ E6 P, ^6 N) W0 Y7 n; c4 H; M: ?1 q/ a$ d$ z5 X1 Q! Q& y/ G: K# g8 u7 \+ Q* n; h1 D' M; n% O$ V0 x/ \3 |, E- Y& _* l1 J" Y% s( t' y0 K. n# S* E, {/ ]0 ~9 Y7 E4 b- c9 y8 r. W% U. a# L/ H7 o1 e# s5 N9 [$ C7 u) W" a; z/ n& q) s |9 U* W' C% s% w( e% z, m4 [4 x+ X& {1 ]( u6 A# w# E+ V9 e/ ?5 X! u6 U 表2 调试后水平向导轨现有精度(mm) 精度项目 水平导轨 主轨 副轨 在垂直平面内的直线度 0.095/13000 0.095/13000 在水平面内的直线度 0.075/13000 0.25/13000 与大地水平 0.169/13000 0.169/13000 副轨与主轨在垂直面内的平行度 - 0.10/1000 水平主轨的扭曲 0.02/1000 0.02/13000 水平主轨与副轨在任一点等高 0.01/13000 - 副轨与主轨在水平面的平行度 - 0.30/13000

某近场测试设备水平向导轨分主导轨和副导轨，全长各13m，跨距1.5m，是该设备各项精度极为重要的基础和基准。主导轨起主导作用，副导轨起支承作用，其安装结构见图1，精度要求见表1。

3 主导轨在水平面内直线度调试

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由于导轨是由13根1m长的精密导轨在基础钢轨上拼接而成。为了便于精密导轨的拼接和调试，我们将此过程分成钢轨粗调与精密导轨精调两步。 % Z, Z7 y( F7 `' ^

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1. 钢轨粗调我们采用拉钢丝法(见图2) ，在钢轨上置一滑块，滑块上安装一带有刻度的读数显微镜，显微镜的镜头对准一直径为0.3mm的钢丝，镜头垂直放置。在钢轨一端固定钢丝，另一端通过滑轮吊一重锤，然后调整钢丝两端，使显微镜在钢轨两端时钢丝与镜头上的刻线重合。此时，钢丝在水平面内已是一理想直线，换句话说为一基准。移动滑块即检查出钢轨上任一位置的直线度，并进行调整直到钢轨全长在水平面内直线度调至0.3mm范围内。然后，用配作法安装精密导轨。此时，精密导轨在水平面内的直线度在0.3mm范围内，给进一步调整带来了方便。 & W2 D6 x' h" { r" o: t0 v2 x
2. 主导轨在水平面内直线度精调首先将宽45mm精密导轨相对13m长度简化成一直线。一般情况下，测量水平面直线度可采用准直仪、平行光管等普通光学仪器，但该导轨较长，超出了测量范围且读数困难，因此，我们采用了德国产200m对线望远镜测试法(见图3)。将光源及镜头读数装置分别置于导轨两端，目标固定于原配导轨滑块上，移动滑块(目标) 即可测出导轨全长任一点的误差。调整调整座上的相应螺栓，在压板螺栓预紧状态下，分段调整。读数精度为每格0.001mm。

4 主导轨在垂直面内直线度及与大地水平度调试

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为了充分反映主导轨全长上任一点的误差，我们采用了德国产0.01mm/1000合像水平仪，每隔100mm(滑块长)首尾相连测试法共测115点计11.5m(见图4)。调试时采用0.015mm/1000框式水平仪，1m直尺及等高块规置于两调整座之间(见图5)。调整水平调整螺栓使框式水平仪读数尽可能小，且使水平仪水泡方向交错，左右座位同时兼顾调整，直至得到满意的读数值。然后将合像水平仪置于滑块上(见图4)模拟工作状态，移动滑块，每100mm读数一次，得到115个读数，经数据处理后画出曲线图，从图中量出主导轨在垂直平面内的直线度及与大地水平误差。也可通过旋转法进行数据处理直接得到两项误差，结果与作图法一致。

5 主导轨扭曲度的调整

主导轨扭曲度是原设计未要求而我们认为极为重要的精度。它的误差直接影响副导轨的调整和在使用过程中将影响滑台的运动自如，以至影响整个装置的使用和精度。因此，我们设定其误差<0.05mm，将0.03mm/1000框式水平仪横向(垂直于导轨)置于滑块上(见图6)，移动滑块可测出任一点的扭曲度。通过加垫片调整，最终保证误差<0.05mm/全长。 5 d: \. {* X9 u& U, k. i" T+ j8 i: ]9 i, |4 C- g, P5 G4 D

图5

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6 副导轨调整

为保证副轨与主轨在两个平面内的位置精度，我们用一根2m直尺(自身平行度0.01mm)，另设计固定滑块的夹具。将直尺置于两轨间作为“过桥”。如此，直尺可通过两轨上滑块在两轨上任意移动，且充分模拟工作状态。

1. 垂直面内副导轨直线度及与主导轨平行度在垂直面内与主轨平行及副轨本身在垂直面内直线度这两项精度，可通过调测主副轨任一点的等高来反映。在“过桥”(直尺)上置一0.01mm/1000合像水平仪。移动“过桥”，读水平仪读数。调整时仅调副轨各调整机构，直至误差<0.05mm。此结果说明副轨的直线性即主轨的直线性。垂直面内的平行度自然已保证。 7 f, n2 {; W% N( ^; e9 e3 {2 O( g4 n5 O) p8 G

   图6

2. 水平面内副导轨直线度及与主导轨平行度在“过桥”上置一百分表，在测试等高的同时，可将直线度调在0.30mm/13000内，平行度自然也已同时保证。

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7 结论

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经具有二级计量资格部门测量论证，水平向主副导轨的各项精度如表2所示。按以上方法同样对该设备垂直向导轨(长8m)进行了调试与测量，并将在未来的四台同类设备研制中得到应用。

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