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机床导轨精度的常规检测方法【上海弘测】

机床导轨的精度是机床其他部件精度的基准，合理地使用各种量具、量仪，选用正确的检测方法，准确地进行误差分析，是保证修理质量的关键。

一、机床导轨直线度的测量

　　机床导轨的直线度可以分解为水平面内的直线度和垂直面内的直线度两部分。矩形导轨的水平面用来控制垂直面内的直线度，而两侧面用来控制水平面内的直线度。V形或山形导轨因其由两个斜面组成，既控制了水平面内的直线度，又控制了垂直面内的直线度。

　　导轨直线度的测量方法主要有以下几种：

　　1.研点法

　　用一根标准平尺与被检导轨合研来检验导轨直线度的方法称为研点法。用研点法检验导轨时，平尺的精度应满足被检导轨的精度要求，平尺的长度应大于被检导轨的长度（在要求不高时，可比被检测导轨短1/4）。研点法只适用于长度为1500mm以下的短导轨。

　　检查时在被检导轨表面均匀涂上一层很薄的红丹粉，使平尺检验面与被检导轨面贴合，在适当的压力下做短距离的往复移动研点。然后取下平尺，用25mm×25mm方框罩在被检测导轨上，观察被检导轨表面上接触点的数量和分布情况。若研点在导轨全长上均匀分布，则表示导轨的直线度已达到与平尺相应的精度。接触点的数量在25mm×25mm内，一般导轨应达到12～16点，精密导轨应达到16～20点。

　　用研点法检查导轨直线度时，由于不能测量出实际数值，在有水平仪时，不以此法作为最终检查。但在缺乏测量仪时，也可以解决一般机床短导轨直线度的检查问题。

　　2.平尺接表比较法

　　此方法通常用来测量长度小于1500mm的短导轨在垂直和水平面内的直线度。

　　（1）测量导轨在垂直平面内的直线度

　　将平尺的工作面水平放置在被检导轨旁，在导轨上放一个与导轨配刮好的垫铁，将千分表测头先后触及平尺的两端表面，调整平尺使千分表在两端的读数相等。然后移动垫铁，每隔200mm记录一次表的读数值，各读数的最大差值就是导轨直线度误差。在测量时，为了避免局部不平而造成的影响，可在表的测头下垫入量块。

　　（2）测量导轨在水平面内的直线度

　　将平尺工作面侧放在被测导轨一旁，其测量方法和误差计算方法同上。

　　3.垫塞法

　　在被测平导轨上放置一标准平尺，并用两个等高垫块支撑在平尺下面，使其与两端距离各为29L，用量块和塞尺检查平尺工作面和被测导轨之间的间隙。

　　如普通车床导轨直线度允差为0.021000，即用大于等高垫块厚度0.02mm的量块或塞尺，在导轨上相距1m长度的任何地方均不能塞入就为合格。这种方法用于精度较低或粗刮研中。做较精密测量时，应采用较精密的量块，以便能测量出导轨直线度误差的准确数值。

　　4.拉钢丝和读数显微镜测量法

　　利用拉紧后的钢丝作为理想直线，用以测量导轨的直线度误差，这种方法只可检测导轨在水平面内的直线度误差。在床身导轨的两端各固定一个小滑轮，用一根直径约为0.1mm的钢丝，一端固定在滑轮上，另一端悬挂重锤，重锤的重量（拉紧力）应为钢丝拉断力的50%～80%。导轨上放置垫铁，垫铁上安装一个读数显微镜，镜头必须垂直放置，对准钢丝。然后调整钢丝两端，使显微镜在导轨的两端时，钢丝与镜头的刻线相重合，记下可动分划板手轮上的读数。移动垫铁，每隔500mm观察一次显微镜，检查钢丝是否与刻线重合。如不重合，则调整显微镜的分划板手轮使其重合，并记下读数。在导轨全长上测量，按顺序把读数排列在坐标纸上，画出垫铁的运动曲线图。在每1m长度上，运动曲线两端点连线之间的最大坐标值就是1m长度的直线度误差。如果形成的曲线是中凸或中凹线，则最凸或最凹点至两端点连接的坐标差值即为导轨全长上的直线度误差。如果形成的是波折线（即在横坐标轴两侧分别有点），则采用包容线法，取距离最小的两根平行线间的坐标差值为导轨全长上的直线度误差。

　　5.水平仪检查法

　　水平仪检查法是最常用的检查方法，使用方便，测量结果准确，精度较高。

　　（1）水平仪垫铁的选择

　　在用水平仪测量时，为了减少水平仪工作面的磨损，保证其测量精度和计算方便，常把水平仪固定在垫铁上使用。垫铁用于测平导轨，垫铁用于测V形导轨。在一般情况下，测量长度在4m以内，常取垫铁长度为200mm或250mm；超过4m的长导轨，可选用长度为500mm的垫铁。

　　（2）水平仪的读数方法

　　水平仪的读数方法通常有两种：相对读数法和绝对读数法。

　　起端测量位置的水平仪气泡必须在中间，这种读法称为绝对读数法。测量时，气泡偏向起端读“-”，偏离起端读“+”。

　　相对读数法对水平仪在起端测量位置总是读作零位，不论此时气泡的位置在中间或偏向一边。然后依次移动水平仪垫铁，记下每一位置的气泡与前一位置的变化方向和格数，当气泡移动方向与水平仪移动方向一致时读“+”，表示导轨向上倾斜，用符号“+1”（其中的数字1表示水平仪气泡的偏移格数）表示；若方向相反，则读“-”，表示导轨向下倾斜，用符号“-1”表示。

　　实际工作中，水平仪的两种读数方法都可以采用。

　　（3）导轨直线度曲线图的绘制方法

　　通常以x轴代表水平仪垫铁的间距方向（导轨长度），z轴表示导轨的误差方向，然后依据水平仪读数值记录并绘制曲线图。

　　测量时，将导轨的全长分成若干等份，依次移动水平仪垫铁，使每次测量的位置互相衔接，依次测出各段间的角度误差。按水平仪读数换算出相应的线值，在坐标上依次连接，成为水平仪垫铁的运动曲线，也就是导轨直线度的曲线图。

　　机床导轨长1m，采用读数精度为0.02/1000的水平仪，垫铁长度200mm，水平仪在导轨面0～200mm段时读数为零；当垫铁依次向前移动至导轨面200～400mm段时，水准器气泡向前移动一格，为正值，表示此段导轨面向上倾斜0.004mm；当垫铁移至400～600mm段时，气泡恢复到零，表示这段导轨面与0～200mm段导轨面平行，但不在一个平面上，呈斜坡阶梯形；当垫铁移至600～800mm段时，气泡向后移动一格，为负值，表示此段导轨面向下倾斜0.004mm，最后一段800～1000mm，水平仪气泡又回到零位，曲线呈图示形状。对长导轨也是这样测量，直到完毕。各段测得数据所连成的曲线就叫做导轨直线度曲线。

　　（4）用水平仪检查直线度误差的计算

　　水平仪在导轨每段长度上连续测得的数据，应按机床精度标准规定的计算方法进行误差计算。其计算方法有角值法和线值法两种。

　　①角值法（也称水平仪读数法）用水平仪倾斜角度的正切值来度量导轨直线度误差，其允差值用0.02/1000、0.03/1000等表示。角值法计算方便，也能限制导轨的直线度，刮研时采用角值法计算很简便，在某些高精度机床的导轨检验标准中采用。例如普通车床精度标准，其溜板纵向移动时在垂直平面内的直线度误差的计算，规定用水平仪每米行程和全部行程上读数的最大代数差的一半来计算。

　　②线值法（也称坐标值法）以运动曲线的纵坐标值来计量导轨的直线度误差，允差值用1m长度上0.02mm、全行程0.04～0.06mm等表示。注意0.02/1000和1m长度上0.02mm的误差数值不一定相等。三条坐标曲线，用角值法计算的导轨直线度误差都是0.02/1000，而用坐标值法计算导轨直线度的线值误差时，1m长度内直线度误差为0.01mm，由此可知两种方法有以下区别：

　　①角值法和线值法的误差值是不同的。

　　②角值法利用水平仪读数直接计算，方法简便，而线值法可形象地反映出导轨的实际几何形状。

　　③角值法的0.02/1000往往比线值法1m长度上的0.02mm小很多。0.01、0.0075、0.005分别比0.02小许多，因此采用角值法是用较高的精度指标控制误差，易于保证质量。

　　④角值法和线值法的表示方法不同，应当依照机床精度标准的规定来选择直线度误差的计算方法。

　　线值法的计算有两种方式，一种是导轨曲线的直线坐标法，也称两端点连线法；另一种是导轨曲线的包容线坐标法，也称最小区域法。下面举例说明。

　　对导轨的直线度要求只许中间凸，例如车床，它的运动曲线在两端点连线的上方。最高点应位于床身的中部或距床头1/3的位置。如有一导轨长2m，所用水平仪精度为每格0.02/1000，垫铁长250mm，测量8挡。

　　绘成运动曲线，将曲线首尾两点相连，其曲线在连线上方，是凸形（磨床要求中间凹，运动曲线应在首尾两点连线的下方），找出曲线与直线之间的最大坐标值为0.0125mm，就是导轨在全长上的最大直线度误差。再连接各相距1m处的两点为一直线，分别计算出其直线度误差。取其中的最大值0.0052mm（位于1～5之间）为该导轨在1m长度上的直线度误差。误差值可以直接从曲线图上量取，或用数学方法计算求解。

　　如果机床导轨的直线度误差没有方向要求，则这种导轨中凸、中凹或呈波折状均可。连接每米长度上运动曲线的两端点、曲线与直线间的最大坐标值，即为每米长度上的直线度误差。作运动曲线的包容线，过曲线上两个最低点作一条包容线A-A，过曲线最高点作平行于A-A的另一条包容线B-B，把曲线全部包容在两直线之间，则包容线间沿Z轴方向的最大坐标值即为导轨全长上的直线度误差。

　　6.光电自准直仪（光学自准直仪，光学平直仪，平面度检查仪）测量法【弘测公司推荐测量方法】

　　光电自准直仪（光学自准直仪，光学平直仪，平面度检查仪）既能测量垂直面内的直线度，又能测量水平面内的直线度，故在机床精度测量中得到了普遍应用。但对于测量长度大于10m的长导轨，光束通过路程很长，光能损失较大，因而成像成像视场会变小；所以如果小于10米长的导轨，可以使用光电自准直仪或光学自准直仪来测量；如果大于10米长的导轨，建议使用光电自准直仪（长距离测量建议加配激光找像器来辅助）来测量。

　　（1）测量导轨直线度的方法

　　在导轨的一侧的地上附近放置专用三脚架（也可配置二维可调平台），二维可调平台架可以升降或水平调整。光电自准直仪固定在专用三脚架上。反光镜放置在被测导轨的滑块上，并移至被测导轨靠近光电自准直仪的一端。调节自准直仪底部的二维可调底座，用目测使镜头基本上平行于被测导轨，高低也与反光镜等高。接通仪器光源的电源，左右摆动反光镜，同时观察目镜，使可动分划板上映出的十字像位于视场中心位置，然后滑动标准反光镜底部的滑块，使反光镜移至导轨另一端，再观察十字线应出现在可动分划板的视场中，否则需要重新调节专用三脚架（或二维可调底座）和仪器本体，使十字线图像能很清晰、完整地出现在视场中。然后将仪器本体和反光镜都固定好，避免在测量中因本体与支架、反光镜与垫铁之间产生相对移动而影响测量精度。反光镜可用橡皮泥填在四周进行固定。

　　将被测导轨按垫铁长度等分若干段做好记号，可依次由后向前移动反光镜，反光镜在第一挡位置时，观察目镜，调节微调手轮，使可动分划板上的黑色基准指标线对准亮十字线的中央，记下手轮刻度值。顺序向前移动一个垫铁距离，再观察目镜中指标线与亮十字线是否重合。若不重合，则再调节微调手轮，使指标线又对准，记下手轮读数。如此重复，顺序前进，然后自前向后重复测量一次。若相同位置往返两次读数相差两格以上，则可能是仪器等未固定好而造成误差，应重新调整并检查测量。

　　在每一挡位置上，将两测量读数的平均值作为测量的原始数据。

　　在测量导轨垂直平面内的直线度时，读数目镜的镜座应按位置放置；当测量导轨水平面内的直线度时，读数目镜应按位置放置。在改变目镜的位置时，应先松开锁紧螺钉，将读数目镜转90°，然后再固紧。

　　（2）计算直线度误差的运算作图法

　　例如，用光学平直仪测量2m长的导轨，垫铁长200mm，现将测量导轨的两组数据顺序填入表中。也可使用弘测公司研发的《直线度数据分析软件》；填写步骤如下：

　　①由后向前测得的数据依次填入第一行。

　　②由前向后测得的数据按反顺序填入第二行。

　　③取两组读数的平均值填入第三行。

　　④将平均值减去一个常数，其目的是使各读数值靠近x轴以便于作图，也有减少差错的可能，因此这个数值应取与平均值接近的任意整数。在本例中，可取28～43内的任意数值。

　　⑤求算术平均值，即将各简化数相加再除以测量次数。

　　⑥求减后读数值，即将各简化读数减去算术平均值。

　　⑦求各点叠加数，即把各减后读数值依次连续叠加。

　　由数列中看出，-21μm为导轨的最大直线度误差。

　　用数学运算法计算的步骤最后一挡数值“零”是校验运算是否正确的参考数。如果在取算术平均值时没有余数和欠数，则该挡数值应为零，证明计算正确。若取近似值而有差额数（如0.96取1则差0.04，10挡差0.4），则最后第10挡为0.4，才证明计算正确。导轨最大直线度误差为-21μm，位于第5挡。

　　当导轨的全长不能被反光镜垫铁长度整除时，如导轨长2.25m，垫铁长200mm，则在250mm长度上最后一挡搭接测量两次，读数按两挡计算，即以12挡读数进行运算。

　　由于曲线首尾均为零，导轨的总方向线为横坐标，所以直线度误差就是曲线的最大纵坐标值21μm。

　　当数学运算出现正、负数时，说明曲线呈波折形，把最大正数和最小负数的绝对值相加，即为导轨直线度误差。

　　例如用光学平直仪检查2m长的导轨，反光镜垫铁长200mm，原始数据和数学运算过程，导轨的直线度误差Δ=18μm。

　　按表中第5项的叠加数画出坐标图，曲线呈波折形，可见其误差值相同。

　　（3）导轨直线度误差方向的判断

　　用光学平直仪测量导轨直线度时，其误差方向的凸凹在读数中不像水平仪读数那样比较容易判断。各种不同型号的光学平直仪的规律也不一样，一般可通过用薄纸垫高反光镜垫铁的一端来判断十字像的移动方向是否与测微手轮上的读数变化相一致来确定。按照HYQ003和HYQ011型光学平直仪的设计结构，可确定导轨的弯曲方向。

　　二、单导轨扭曲度的测量

　　对于每条导轨的表面形状，除了在水平面内和垂直面内有直线度要求外，为了保证导轨和运动部件配合良好并提高接触率，还有导轨表面的扭曲度要求，尤其对大型导轨特别重要。在刮研时，作为测量导轨间平行度用的基准导轨，对其扭曲度要求更为严格。

　　导轨扭曲度主要用水平仪进行测量。从任一端开始，每隔200～500mm依次进行测量，水平仪读数的最大代数差值就是单导轨的扭曲度误差。

　　三、导轨平行度的测量

　　机床的床身、立柱、滑座等零件通常由三条以上的导轨表面组成。这些导轨不仅要求单导轨精度，而且有严格的平行度要求。

　　1.拉表测量法

　　拉表测量法是利用各种垫铁、桥板与千分表相配合来检查导轨平行度的一种方法，对基准导轨的单导轨扭曲度误差要求很严格。在导轨全长范围内，千分表指针的最大差值就是平行度误差。拉表测量法是机修常用的一种测量导轨平行度的方法。

　　2.千分尺测量法

　　千分尺测量法，多用于导轨刮研中，在两端和中间测量三点。下接触式燕尾导轨，利用两根直径相等的圆柱棒靠紧导轨面，用千分尺在导轨两端和中间进行测量。千分尺读数的最大差值就是其平行度误差。被测尺寸太大时测量困难，测量误差大，不宜采用千分尺测量法。

　　3.桥板和水平仪测量法

　　采用桥板和水平仪测量导轨的平行度操作简便，测量精度高。

　　水平仪测量法所测得的误差值一律采用角值法进行计算。在导轨全长上，每隔250mm（短导轨）或500mm（长导轨）依次测量，水平仪在每米行程上或全部行程上读数的最大代数差就是导轨的平行度误差。

　　例如：床身导轨长2m，平行度误差在1m长度上为0.02/1000，在全长上为0.03/1000，所用水平仪精度为0.02/1000，检验桥板每隔250mm记录一次读数，测得8挡读数，由测得的数据可查出每米长度上最大平行度误差在3～6位置之间，其误差值为0.011000-（-0.011000）=0.021000，故此项精度合格。

　　测量时所用的桥板应与被测导轨相适应，其与导轨接触面积要小（线接触较好）。

　　四、导轨与导轨之间、导轨与表面之间垂直度的测量法

　　车床溜板、镗床溜板、铣床升降台、牛头刨床床身等都有互相垂直的导轨，必须保证有关导轨之间和导轨与表面之间的垂直度要求，这是保证总装精度的重要基础。

　　1.直角尺（或方尺）拉表测量法

　　车床溜板上面的燕尾导轨与下面的导轨之间有垂直度要求，否则就不能满足被加工零件的精度要求。检查时在床身导轨上放置一直角尺或方尺，千分表固定在溜板上，使表的测头触及方尺的a边，移动溜板，调整方尺，使a边与溜板移动方向平行。再在溜板燕尾导轨上安放一个固定有千分表的检具，使千分表测头触及方尺的b边，移动检具进行测量，千分表读数的最大差值就是导轨在测量长度上的垂直度误差。

　　2.框式水平仪检查法

　　框式水平仪工作面互成直角，可用来检查垂直平面内的垂直度。测量钻床工作台表面1与表面2的垂直度。在检查时，框式水平仪的方位应保持不变。如先在表面1上进行测量（框式水平仪要与表面2垂直），然后平移框式水平仪使其侧工作面紧靠表面2进行测量，框式水平仪读数的代数差就是两个面的垂直度误差。

　　3.回转校表法

　　在不宜用水平仪进行测量的情况下，如铣床的主轴孔与立柱导轨的垂直度、镗床的主轴孔与立柱导轨的垂直度等，均可采用回转校表法进行检查。测量镗床主轴回转中心线对前立柱导轨的垂直度可用回转校表法。将主轴箱夹紧在立柱导轨的中间位置，使主轴伸出约5倍的主轴直径。在工作台上放一个角尺，使角尺检验面和横向直立平面平行。在主轴上固定一个角形表杆，将千分表固定在表杆上，使千分表测头触及角尺的检验面。移动主轴箱，调整角尺，使角尺检验面与立柱平行，回转主轴180°进行检测，千分表读数的最大差值就是垂直度误差。

引用：

光电自准直仪：http://www.honc17.com/category.php?id=118

光学自准直仪：http://www.honc17.com/category.php?id=117

光电自准直仪附件：http://www.honc17.com/category.php?id=121

光电自准直仪软件：http://www.honc17.com/category.php?id=126

金属正多面棱体：http://www.honc17.com/category.php?id=119

高精度精密多齿分度台：http://www.honc17.com/category.php?id=120

精密测角仪：http://www.honc17.com/category.php?id=123

比较测角仪：http://www.honc17.com/category.php?id=124

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关于我司全系列【自准直仪】 技术方案，请参考：

光电自准直仪-平面度检查仪：http://www.honc17.com/category.php?id=45

光电自准直仪 附件、软件：http://www.honc17.com/category.php?id=48

光电自准直仪 测量案例、测量方法：http://www.honc17.com/article_cat.php?id=16

我们的光电自准直仪，主要用途是：

1、导轨安装前的导轨安装面的直线度/平面度的检测；

2、导轨安装过程中的直线度/平面度的检测；

3、导轨安装好后的直线度/平面度的检测；

4、龙门/桥架等导轨直线度，平行度，垂直度，平面度等检测；

5、转台/编码器/电机等等旋转角度定位和角度重复性的检测；

6、多面棱体的检定；

7、多齿分度台的检定；

8、其他平面，平台等小角度偏移量的检测；

9、圆柱/管道/炮筒等同轴度/直线度的检测；