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三坐标测量机应用滚珠直线导轨时应注意的问题

日期:2019-12-02 点击:79次

近年来，随着制造技术的发展，滚珠直线导轨（以下简称导轨）以其精度高、刚度高、摩擦因素小、运动灵活、低速运动平稳等特点，被广泛应用于精密机床、数控机床和测量仪器中。本文将以导轨的运动精度试验为基础，结合三坐标测量机的误差原理，进行理论分析，论述了在三坐标测量机中应用导轨时应注意的问题。
1·与导轨有关的几何误差三坐标测量机共有21项几何误差，其中与导轨有关的有15项，即每个运动方向的导轨各产生5项误差，它们是2项运动直线度误差和3项运动角误差。如滑板沿x轴运动，它的运动直线度误差包括在y轴的运动直线度误差δy，（x）和在z轴的运动直线度误差δz，（x），其中x表示滑板在x轴的位移量，下标y、z表示误差变动的方向，它们都是位移量x的函数；它的运动角误差包括绕y轴回转的运动角误差εy，（x）、绕轴回转的运动角误差εz（x）以及绕x轴回转的运动角误差εx（x），其中括号内x表示滑板在x轴的位移量，下标x.y.z表示转轴的方向。

2.试验原理

当滑板沿x轴运动时，每隔一定距离，电感测微仪能够准确地显示出该位移时滑板沿y轴或z轴的变动量或电子水平仪能够准确地显示出该位移时滑板绕x、y或z轴的运动角误差，将测量结果存人计算机，并进行数据处理和分析，在其他因素都不变的情况下，改变单一因素，分析导轨5项运动误差的测量结果。

3.试验数据分析及结论3.1 滑板刚度

试验采用厚度分别为20mm和40mm的滑板进行测试，对比测量结果，当其他因素不变时，滑板刚度增大，运动角误差εy（x）减小。

3.2 导轨跨距c

试验通过测量导轨跨距为50，100和150mm时的各项运动误差，对比测量结果，当其他因素不变，导轨跨距c增大，运动角误差εx（x）减小。

3.3滑块跨距d与导轨安装孔距λ

从测量结果中我们发现，滑块跨距d导轨安装孔距λ存在以下关系：当滑块跨距d为导轨安装孔距λ的半数倍时，运动直线度误差δz（x）和运动角误差εx（x）会随着位移进行周期性的波动，在三坐标测量机的设计中，出现这种周期性的波动是不允许的；当滑块跨距d为导轨安装孔距λ的整数倍时，运动直线度误差δz（x）和运动角误差则不会随着位移进行周期性的变动。

导轨是用锁紧螺钉固定在机台上的，导轨是一弹性体，锁紧螺钉所产生的压缩力会使其发生变形，这里采用NSKLH30导轨进行分析，导轨的上下球沟道的两个表面都经过磨削，标准要求是导轨安装孔座表面比下沟道的中心略低，用FEM（有限元）分析，如图1所示，在低于导轨安装孔座表面的地方存在很大的变形，最大的变形在接近下沟道处（③处）和接近导轨安装孔座表面（②处），因此，由于螺钉锁紧引起导轨变形，产生随着导轨安装孔距入进行周期性的变化，从而反映到运动直线度误差δz（x）和运动角误差εz（x）中，所以在三坐标测量机的设计时，应尽量将滑块跨距d设计为所选导轨安装孔距λ的整数倍，防止运动直线度和运动角误差出现周期性的波动。
3.4导轨安装孔距λ与深度h这里采用NSK LH30导轨进行分析，导轨安装孔的标准深度h为12mm，通过4.3的分析可知，加深导轨安装孔的深度会减小下沟道处的变形，考虑到导轨的使用强度，加深后h为18mm，如图2所示，在下沟道处具有不同导轨安装孔距A及沉孔深度h时导轨的变形，图3为图2中不同导轨的最大变形量，增加导轨安装孔的沉孔深度h，将在机台上安装时由锁紧螺钉所产生的轨道变形减少至将近1/2，抑制了由于导轨安装孔的间距入引起的轨道起伏；导轨安装孔距入减少至一半，轨道变形量也有明显的降低，提高了导轨安装的直线度。3.5 加长滑块

由于直线导轨的结构关系，来自球通过时的振动是不可避免的，即使几何形状完美的产品也不例外，但是这种振动可以通过有效的设计予以减少，与标准滑块相比，采用加长滑块后钢球通过时振动减少至1/3，提高了工作台面的运动直线度。

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