步距规检测数控机床直线轴的技术研究

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直线轴的定位精度和重复定位精度(以下简称精度)，检测常用的有三种方法：第-种是激光干涉仪法，这种方法是 目前世界上最先进的方法，它可以根据被测机床的规格、技术要求进行 自动检测、数据处理、螺距补偿等全 自动的检测整台数控机床，且轴线尺寸的长短都能检测，精度达到微米量级，但是这种设备价格昂贵，不同档次的激光干涉仪，无论国产还是进口，少则2O万元 ～30万元，多则 60万元 ～7O万元。因此在军工企业、大型企业和专业检测机构中应用较为广泛。

第二种是金属线纹尺法，它是以线纹尺的刻线为标准，借助于读数显微镜与之配合，进行直线轴精度检测的-种方法，这种方法是用眼睛通过读数显微镜，瞄准线纹尺的刻线进行人工读数，来确定直线轴的检测数据，该方法效率低，靠人的目力瞄准刻线，因此，精度不高，人为误差大，只适应于普收稿日期：2012-l2-l3作者简介：田俊成(1953-)男，陕西咸阳人，高级工程师，研究方向：公差配合与几何量测试。

第2期 田俊成：步距规检测数控机床直线轴的技术研究 5通车床、铣床等低精度机床的检测，且被检轴线大于线纹尺长度时就无法检测。但这种方法的设备成本低，在-些中小企业中仍有少量的应用。

第三种为步距规法，是以步距规为标准，用电感测微仪传感器测头(以下简称测头)进行定位读数的，-种直线轴检测方法。此法的设备与激光干涉仪相比，价格低廉，-米内步距规加电感测微仪不超过3.5万元，且精度较高。若将步距规按等使用(按实际尺寸使用)，测头分辨率调整到 0.5 m或0.1 m，其测量精度与激光干涉仪相当，也可达到微米量级。它的高精度、低成本在数控机床制造行业，与使用数控机床的单位中都有广泛的应用。

但步距规也有它的缺点，那就是步距规-定要大于被测直线轴的长度，若小于就无法检测，或者要分段检测，数据不连续精度很不可靠。因此，我们在近年来检测实践中，总结研发了-种双测头检测法”或多测头检测法”进行直线轴的检测。这种方法是用-个步距规和两个测头，或多个测头，-次性将大于步距规尺寸的直线轴连续检测完毕，很好的克服步距规的这-缺点，极大的扩展了步距规的使用范围。

1 步距规的结构与精度等级I.1 步距规的结构测 淤搬块 垫块 主体图 I 步距规结构示意图步距规的结构见图 I，它是由测量量块与垫块拼研在-起，组成标准尺寸，并镶嵌与步距规基座通槽之中的-种长度标准量具，其量块的材料有钢质、陶瓷和钢质与陶瓷混合的三种。

I.2 步距的精度级别步距的精度分为 0级、I级、2级，相关的技术要求见表 I 所示。

表 I 步距规精度技术要求测量范围 各级zj-r作尺寸 各级别工作尺寸变动量( m) 最大允许误差( m) 上限mm 0级 I级 2级 0级 1级 2级≤1oo O.5 1.O 1.2 ±1.0 ±2 4-4.0>1oo-20o O.5 1.1 1.5 ±1.1 ±2.2 ±4.4>20o-300 O.6 1.3 2.O ±1.3 ±2.6 ±5.2>30o～4OO 0.7 1.4 2.5 ±1.6 ±3.2 ±6.4>4oO～5oo O.8 1.5 3.O ±2.5 ±4.O 士8.O>50o-6oO 1.0 1.6 3.5 ±2.5 ±5.O ±1O.O>6oo-8oo 1.4 2.0 4.0 ±3.4 ±6.O ±12.O>800-1O0o 1.8 2.5 4.5 ±4.O ±8.O ±16.O2 步距规检测数控直线轴的测量原理步距规是量块拼研的组合体，属长度尺寸的实物标准。其测量原理是以步距规各测量量块中心测量线，至零平面中心测量线，之间的距离组成的标准长度，以电感测头为定位元件，与被检机床直线轴所显示的长度尺寸之差，即为被检轴线的定位精度误差。

3 步距规检测直线轴关键技术的研究3.1 被检直线轴尺寸小于或等于步距规尺寸的单测头检测法将步距规放置在被检机床导轨上，用压板或工业橡皮泥将其 固定后，用测头将步距规侧方基准面，与被检轴线运动方向拉直找正在0.02mm即可，然后等温至少 8小时，或者提前等温后再安装步距规。并在检测时先将测头读数表电源打开，预热至少 3O分钟。定位用的测头要安装到机床可移动的Z轴或 Y轴的适当位置，支架要有足够的刚性，并在测量前反复校准零位，然后按国标 GB/TI7421.2- 2000要求的测量点数，目标位置趋近方向，记录格式进行数据处理，若有超差则要进行螺距补偿，具体螺距补偿方法这里不再赘述。 。

3.2 被检直线轴尺寸大于步距规尺寸的双测头检测法和多测头检测法现以300mm的步距规用双测头检测法”，检测600mm的x导轨直线轴为例进行详述。(测头的安装中心距如图2所示)。

图 2 电感测微 仪安装示意 图第-步，将步距规安装在导轨工作台的中间位置，方法和要求与3.1所述相同。

第二步，将测头 A和 B安装到机床可移动的 z轴或 Y轴的适当位置上，这里要说明的是，安装 A、B测头的两个支架的其中-个夹头，必须做成可微调的结构。安装时用数控电子手轮移动x导轨，使6 陕西工业职业技术学院学报 2013焦A测头指针压至零位附近，再用电感测微仪上的旋钮精确调零，A测头安装完毕(见图 2的测头 A)。

接下来 B测头安装是关键的-步，此时 x导轨固定不动，用微调夹头使 B测头指针压至零位附近，再用 B测头电感测微仪上的旋钮精调至零位(见图2的测头 B)。这时移动安装 A、B测头的z轴或 Y轴，使测头退出步距规测量面。

第三步，将导轨 x轴向左移动 300ram，使步距规处于 1位置，然后移动安装 A、B测头的轴线进入步距规的测量位置(见图 3测量分解示意图的 1位置)，使测头A与步距规的零平面接触，并将 A测头指针再次调零后开始测量。导轨向右移动，测头 A测完 L1100ram、L2200mm、L3300mm时，B测头进入零平面的测量位置(见图3测量分解示意图的2位置)。这时要把 B测头对零平面的指针示值，调整到与 A测头指针相同的数值，表示 B测头进人测量位置接替 A测头，继续测量 L4400ram、L 500ram、L6600ram，这时步距规就移动到图3的3位置。-个连续检测 600mm的过程全部完成。

然后再进行反向测量，导轨向左移动，B测头的最后- 点又成为反向测量的起始点，依次测量反向的100mm、200mm、300mm，这时 A测头进入测量面接替即将退出测量的 B测头，步距规又回到 2位置，此时与测量正向行程相同的是，要把 A测头指针的示值调整到与 B测头相同的数值，A测头依次测完反向的400mm、500mm、600mm后又回到 1位置，-个反向的连续测量 600mm的过程到此结束。这是测量中最为关键的-个步骤，其目的就是要保证测量的连续性，和数据的准确衔接。按照上述方法，测量五个往返后，再进行数据处理，确定是否合格。

以上介绍的是用两台电感测微仪，检测直线轴的具体方法与步骤。如果有的单位只有-台电感测微仪，哪么只要有两个旁向传感器测头也是可以的。测量方法与两台电感测微仪基本相同。但不同的是，在图3的2位置，当 B测头进入零平面接替 A测头测量时，要通过测微仪的A、B测头转换开关，将B测头对零平面的指针示值，调整到与A测头指针相同的数值即可。同样反行程测量到2位置时，仍要通过测微仪的A、B测头转换开关，将 A测头的指针示值，调整到与 B测头指针相同的数值即可。

4 结语图3 双表法检测分解示意图1)文中所举实例为0ram～300ram步距规，用双测头检测法可检测 600mm的直线轴，此方法同样适用所有规格的步距规。如 0mm～1000mm步距规，用双测头检测法可检测 2000mm的直线轴，用三测头检测法可测 3000mm的直线轴，对于大型机床可推广到N测头检测法”。由于机床结构的不同，有的还需加装测头支架才能实现N测头检测法”。

2)步距规做为检测数控直线轴的标准器，为提高检测精度，-定要按实际尺寸对测量值进行修正，用双测头检测法则要双倍修正，用 N测头检测法就要修正 N次。

3)由于步距规是由许多量块拼合组成，每年应按 JF1258-2010校准规范校准，以确保其量值传递的可靠性。

4)由表 1可知步距规的精度是很高的，尤其是0级，因此对于磨床等高精度直线轴的检测，还应考虑温度对陶瓷步距规热胀系数的影响。