导轨的导向精度探讨.docx

导轨的导向精度探讨导轨副是机械机构中的重要组成部分其导向性可使机构获得某一特定方向的直线运动从而满足相应的工作要求。导向精度是导轨副的基本要求之一。影响导向精度的因素很多这里只讨论几何因素的影响。1.机构对导轨副导向精度的要求精密的机械机构要求导轨副给出精确的直线运动。因为其导向的精确性影响到整台机器的工作性能和精度。但对于一个具体的机构来说通常只是对运动构件的特定部位在某一坐标方向上有精度要求。例如车削一工件时机床导轨应能保证切削刃（K点）位于主轴水平面（通过轴心线且垂直于图面）内并在加工尺寸的方向（y向）上与工件轴心线保持确定的距离（图一）。显然加工精度对切削位移误差的敏感程度因方向不同而不同。其中y向的位置误差是最敏感的而对z向（垂直于图面）与x向的位置误差则远不如对y向敏感。图二为切削T型螺纹的情形切削刃运动误差的敏感方向在x方向上而y向与z向的运动误差对加工精度的影响则次之。图三中要求反射镜1在导轨2上沿x方向作精确的平行移动该装置对绕y轴和z轴方向的转角误差较为敏感。可见不同的具体机构对导向误差的敏感方向亦不同因而对导轨副导向的实际要求也有所不同。这表明对其导向精度的要求应由机构的实际工作要求来决定。注意到这一点对恰当地规定导轨的几何精度正确地设计和使用机械机构是有意义的。2.导轨的直线度误差对导向精度的影响导轨副导向面加工的直线度误差（包括波度误差）对导轨副运动的直线性有直接影响这是显而易见的。但这一直线性误差却不一定直接对机器的工作精度有影响。如上所述在图一中导轨在xoy平面内的直线度误差直接导致加工误差但在xoz平面内的直线度误差对加工精度的影响却十分微小。导轨直线度误差使运动构件的运动轨迹偏离直线这是垂直于运动直线方向的误差只有在机器工作中对这一误差敏感时才会造成影响。这一影响除与导轨弯曲的挠度有直接关系外还与导轨副的结构形式、尺寸参数和行程等因素有关。例如轴承支承的导轨对小的弯曲乃至波度都十分敏感会影响运动的直线性如图四（a）所示。但滑动轴承对小波距的弯曲则不那么敏感相当于有一机械滤波作用。如图四（b）所示。而且支承面长些行程短些导轨直线误差的影响就可能小些。如图五所示。另一方面导轨导向面的弯曲使支承于导轨上的运动部件产生歪斜而有一转角误差。这一转角误差使运动件不同部位产生了不同的附加位移从而造成工作部件的位置误差。它与上述的直线度误差同是由一个因素引起的但属于性质不同的另一种误差。如图六所示滑架沿导轨移动时若导轨弯曲使滑架有一转角误差α。由此滑架上工作构件的k点相对其理论位置有一偏移。由图可见这一位置误差沿x方向的分量为式中为微小量故有上式表明这一误差与转角误差成正比称为一次方误差。而在方向的位置误差则为上式表明这一误差与转角误差的二次方成比例称为的二次方差。由于是十分微小的量所以远远小于。这样在方向上由导轨弯曲转角造成的点的位置误差要大于方向上的转角误差。例如当弧度（相当于）则从此例中可见应着重控制一次方误差。首先在设计和使用机械机构时作用线（加工或测量的尺寸线）的布置应避开一次方误差的方向但在为数不少的情形中由于种种原因又不得不将作用线置于一次方误差的方向上如平台测量（图七）。车削螺纹（图八）等情形中都要引入这种一次方误差。此时为了缩小或消除这一误差由误差公式可见应从两方面着手：一方面应使结构尺寸尽可能的小即工作部位尽量的靠近导轨副支承面。这是十分经济而又有效的措施只要条件允许就尽量满足。测量中要求测量线与被测线位于同一直线上其实质就是要求尽可能的小。图九中（a）符合这一原则（b）则不符合这一原则。另一方面的有效措施是减少导轨副运动的转角误差。直接方法是提高导轨副的加工和装配精度从根本上消除产生这一误差的根源。但由于受工艺条件的限制过分地要求提高加工精度是不经济的。必须指出导轨副运动的转角误差与直线度误差并不是一回事它们之间有一定联系但没有确定的关系所以通常给出的用以控制导轨直线性的直线度公差对于控制转角误差却不一定有效。如图十所示的几种情形其直线度误差相同但导轨副运动的转角误差却不相同可见转角误差与导向面曲线斜率有密切关系。由于导轨面的弯曲要通过支承才能反映为运动件的转角误差因而支承的结构形式和尺寸参数也有一定影响。一般来说导轨副支承面长些导轨弯曲造成的转角误差也会小些。此外导轨副中通常采用两根导轨导向误差是两根导轨误差综合作用的结果。因此对于较高精度的导