浅析机床几何精度

任鹏飞

【摘要】了解机床几何精度检验的内容、原理、方法、误差曲线的绘制。通过自准直仪我们可测得导轨的实际形状，被检验机床的几何精度状况以及它和加工精度之间的关系。通过结论，径向跳动误差的产生是滚动轴承引起的。

【关键词】自准直仪；误差曲线；径向跳动；检验棒

引言

机床的几何精度是指的是机床在不运动（如主轴不转，工作台不移动）或运动速度较低时的精度。例如，床身导轨的直线度、工作台面的平面度、主轴的回转精度、刀架溜板移动方向与主轴轴线的平行度等。在机床上加工的工件表面形状，是由刀具和工件之间的相对运动轨迹决定的，而刀具和工件是由机床的执行件直接带动的，所以机床的几何精度是保证加工精度最基本的条件。

一、自准直仪的测量原理

自准直仪又称自准直测微平行光管，其结构原理如图1所示。由光源发出的光线，通过十字分划板成行为十字形光束，一部分光线由棱镜的斜面直接反射到目镜上，即目镜视场中的基准十字线；而另一部分光线则通过棱镜的斜面射向物镜；由于十字分划板位于物镜的焦面上，所以光线通过物镜后，以平行光束投射到反射镜上。反射镜将这束光线再反射回目镜中，因此在目镜视场中还可观察到一条十字线，谓之反射十字线或被测十字线，如果反射镜与光轴垂直，则反射回的光线与物镜射出的平行光线重合，在其焦面上所成之像（十字线），与前述基准十字线重合，由于导轨在长度方向上有直线误差，造成微小的起伏，所以在各测点反射镜与光轴倾斜，使反射十字线与基准十字线不再重合。其倾斜角a可以通过测微螺丝移动角度分划板测得。

读数时，转动读数鼓轮，使角度分划板的水平线（或垂直线）对准反射十字从固定套管上读出分值，从刻度套管上读出秒值，此值即为所测之角度值。

测量时，将溜板移至导轨的一端，转动鼓轮，读出数值记作α0，在将溜板移动一定距离，再读数记作α1，依此类推，直至导轨全长。角度分划板水平移动时，所测之值即为水平面内的测量数据。角度分划板垂直移动时，（水平面与垂直面转换时，只需将目镜部分旋转90°），则测量的是垂直面的數据。

二、自准直仪测量直线度

自准直仪测量的是角度值，因此在做误差曲线时还要换算成长度值。L为溜板长度，L为测量长度，H为测量长度上的高度差。所以有或由于△α一般很小，故考虑到作图习惯和需要，将角度化为弧度，并使这样一般为几秒…几十秒，故升差（或落差）的计算公式改写为：

三、主轴径向跳动的测定

机床主轴的径向跳动是指主轴端的安装基面（主轴锥孔及卡盘定心表面）的中心线在空载情况下主轴缓慢地旋转一周过程的径向最大跳动量。一般情况下旋转轴线和轴端安装基面中心线不仅不同心，而且也不平行，因此在沿轴向不同位置上的径向跳动是不同的。通常规定必须在轴向的两个位置上来分别测定径向跳动，一个位置是靠近主轴轴端的一点A，称为近轴点。另一位置是离A点一定距离（对于中型车床为300mm）的B点。

为了测定主轴的径向跳动，必须在主轴锥孔中插一根检验棒，将千分表面定在机床上，千分表的触头顶在检验棒的圆柱表面上。缓慢地旋转主轴，分别在近轴点和远轴点读千分表读数，指针的摆动量即为径向跳动。为了保证测量的准确性，检验棒本身的制造误差必须小于测量误差的1/3-1/5，同时在测量时设法消除它对测量结果的影响，其方法是：将检验棒紧密插入主轴锥孔内，旋转被检验部件分别在A、B两处检验，并记下结果，然后取出检验棒相对于主轴旋转180°再插入重复检验一遍A、B两处分别计算，其两次检验读数的代数和的一半即为径向跳动误差。

四、机床溜板移动对主轴旋转轴线平行度的测定

机床溜板移动的轨迹和主轴旋转轴线是两条空间不相交的直线，它们之间的平行度必须分别在两个互相垂直的投影面上进行测量，一般取水平面和垂直面作为投影面，相应的平行度称为水平平面内的平行度和垂直平面内的平行度。

在主轴锥孔中插上检验棒，将千分表固定在溜板上。测定在垂直面内的平行度时，千分表触头顶在检验棒的上母线上；测定在水平面内的平行度时，千分表触头顶在检验棒前侧母线上。溜板从近轴点A移至远轴点B的过程中，千分表的最大摆动量即为200毫米内的差值，摆动量为“正”表示轴线由近轴点到远轴点向上或向里倾斜，摆动量为“负”表示向下或向内倾斜。由于主轴锥孔和检验棒都有径向跳动误差，测量时必须设法消除其对测量结果的影响，因此，在一次测定后，还须将主轴连同检验棒一起转180°在同样测定一次a、b两项误差分别按两次测定误差值的代数和的一半计算。

结论

所测的导轨的实际形状对机床精度有决定性影响，它直接影响被加工零件的尺寸、形状和位置误差值，加工中出现锥体，凸凹不平曲线状，在轴类零件上就会出现锥度，腰鼓形，凹鼓形，表面粗糙度变大，滚动轴承的径向跳动误差产生来自装配，长时间的磨损，本身的加工精度等因素决定的。