CN110686585B

CN110686585B - 一种抑制精密机床直线轴重复定位误差的装配方法

Info

Publication number: CN110686585B
Application number: CN201910866812.7A
Authority: CN
Inventors: 何改云; 孙光明; 张大卫; 史盼盼
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2019-09-12
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2021-06-08
Anticipated expiration: 2039-09-12
Also published as: CN110686585A

Abstract

本发明公开一种抑制精密机床直线轴重复定位误差的装配方法，包括以下步骤：(1)将待装配零件放置于20±0.5℃的恒温环境中，静置一天后进行装配；(2)装配主导轨，并测量主导轨在水平和竖直方向上的装配误差e_v1和e_h1；刮研主导轨的安装基面直到e_v1和e_h1满足设计要求为止；(3)装配副导轨，并测量副导轨在水平和竖直方向上的装配误差e_v2和e_h2；刮研副导轨的安装基面直到e_v2和e_h2满足要求为止；(4)装配滚珠丝杠并测量其装配误差；刮研滚珠丝杠的安装基面直到满足设计要求为止；(5)装配光栅尺并测量其装配误差；刮研光栅尺的安装基面直到满足要求为止；(6)将工作台安装到导轨滑块上；(7)调整滚珠丝杠的预拉伸量；(8)最终完成装配。

Description

一种抑制精密机床直线轴重复定位误差的装配方法

技术领域

本发明属于精密机床的装配技术领域，特别是涉及一种抑制精密机床直线轴重复定位误差的装配方法。

背景技术

随着现代机床业的发展日益向着自动化、高速化、精密化等方向发展，产品对机床的精度要求越来越高，机床重复定位误差也越来越被人们重视，提高机床综合准确度是提高机床的整体性能的关键。重复定位误差体现了机床定位的稳定性和一致性，是评价机床性能的重要指标之一，目前国际标准[1]用运动偏差的标准差的扩展不确定度来表述重复定位误差：

重复定位误差属于不可补偿误差，不能通过误差补偿的方式进行抑制。目前在工程上，没有有效的抑制重复定位误差的方法，大多数情况下根据装配工人的经验，进行反复的拆卸和重新装配，直到重复定位误差达到用户要求，这种方法不仅浪费时间和成本，还会损坏零部件，因此需要一种有效的抑制重复定位误差的装配方法。

[1]GB/T 17421.2-2000中华人民共和国国家标准机床检验通则第2部分：数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种抑制精密机床直线轴重复定位误差的装配方法，本发明根据研究成果，直线轴重复定位误差主要受导轨的装配误差、丝杠的装配误差和丝杠预拉伸量等几个因素影响，从环境温度的控制，导轨的装配方法、丝杠的装配方法和丝杠预拉伸的调整方法等几个方面进行阐述。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种抑制精密机床直线轴重复定位误差的装配方法，包括以下步骤：

(1)将待装配零件放置于20±0.5℃的恒温环境中，静置一天后进行装配；

(2)装配主导轨，并测量主导轨在水平和竖直方向上的装配误差e_v1和e_h1；

(3)判断e_v1和e_h1是否满足设计要求，若满足要求则进行下一步，不满足则刮研主导轨的安装基面并重复步骤(2)直到e_v1和e_h1满足设计要求为止；

(4)装配副导轨，并测量副导轨在水平和竖直方向上的装配误差e_v2和e_h2；

(5)判断e_v2和e_h2是否满足设计要求，若满足要求则进行下一步，不满足则刮研副导轨的安装基面并重复步骤(4)直到e_v2和e_h2满足设计要求为止；

(6)装配滚珠丝杠并测量其装配误差；

(7)判断滚珠丝杠的装配误差是否满足设计要求，若满足要求进行下一步，不满足则刮研滚珠丝杠的安装基面并重复步骤(6)直到滚珠丝杠的装配误差满足设计要求为止；

(8)装配光栅尺并测量其装配误差；

(9)判断光栅尺的装配误差是否满足设计要求，若满足要求进行下一步，不满足则刮研光栅尺的安装基面并重复步骤(8)直到光栅尺的装配误差满足设计要求为止；

(10)将工作台安装到导轨滑块上；

(11)调整滚珠丝杠的预拉伸量；

(12)测量工作台的重复定位误差，并判断重复定位误差是否满足设计要求，不满足则重复步骤(11)，直到满足位置最终完成装配。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

由于直线轴重复定位误差属于不可补偿误差，难以控制，本发明提出了抑制重复定位误差的装配方法，通过控制环境温度、导轨的装配误差、丝杠的装配误差以及丝杠预拉伸量等环节，有效的抑制了直线轴的重复定位误差，大幅度提高了装配效率。

附图说明

图1是本发明方法的装配流程示意图。

图2a是两条导轨误差形状示意图；图2b是垂直方向的平行度测试示意图；图2c是水平方向的平行度测试示意图。

图3是工作台上滑块的安装基面的误差检测图示意图。

图4是工作台上滑块安装基面与丝杠的误差检测示意图。

图5是电机座与工作台的同轴度误差检测示意图。

图6是电机座与轴承座的同轴度误差检测示意图。

图7是滚珠丝杠的装配误差的调整示意图。

图8是某机床直线轴重复定位误差随丝杠预拉伸量的变化规律图。

图9是丝杠预拉伸示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供一种抑制精密机床直线轴重复定位误差的装配方法。具体如下：

1.环境温度控制；

待装配零件放置于20±0.5℃的恒温环境中，静置一天后进行装配；

2.导轨几何误差的抑制；目标使装配后的导轨几何误差的形状在垂直方向尽可能的小；使两条导轨的几何误差的形状在水平方向尽可能接近；步骤如下：

2.1主导轨的几何误差抑制

a)主导轨一般是指离光栅尺近的导轨。

b)装配主导轨前，对其安装基面进行刮研处理，垂直方向刮研量遵循导轨长度方向中间大两端小的原则，即刮研后的基面呈凹型，初次刮研量不宜过大，控制在5～10um；

c)初次刮研后，装配主导轨；注意：导轨螺钉的紧固应分两步：Ⅰ.先用0.5倍的螺钉拧紧力，按顺序紧固螺钉；Ⅱ.按要求的拧紧力矩紧固螺钉，从导轨的中间向两端对称顺序紧固(力矩的大小根据螺钉的直径而定)

d)使用准直仪按GB/T 17421.1-1998中的规定测试安装后的主导轨的直线度误差(平、侧两向)，要求全长直线度≤0.002，任意300长，误差≤0.0015/300，如果满足设计要求，则进行后续工作；如果不满足设计要求，则拆卸主导轨，刮研安装基面，重新装配后，测量其直线度误差，直至其直线度误差满足设计要求；

2.2副导轨的几何误差抑制

a)按照2.1.1中b)～d)的方法装配副导轨。

b)测量及调整两条导轨的平行度误差；

具体为：在垂直方向，使用电子水平仪和大理石平尺测试副导轨和主导轨在垂直方向的平行度误差，如图2(b)所示，同时推动两条导轨上的滑块向前移动，使水平仪在行程上各个点的显示的误差值一致，且误差值尽可能的小；在水平方向，使用千分表测试副导轨和主导轨在垂直方向的平行度误差，如图2(c)所示，同时推动两条导轨上的滑块向前移动，使千分表在行程上各个点的显示的误差值一致，且误差值尽可能的小；如果超过此误差值，则拆卸副导轨，刮研其安装基面的侧面，重新装配后，再次测量，直至误差值满足要求；

3.滚珠丝杠几何误差的抑制；目标使装配后的丝杠与主导轨的平行度误差尽可能的小；抑制方法步骤如下：

3.1工作台导轨滑块安装面误差检测；

将工作台导轨滑块安装面朝上，使用调平垫铁调整水平，保证纵横两个方向的水平小于0.005um/m；

3.2测量工作台上，与主导轨滑块安装的侧面的直线度，小于0.005um/m，如图3所示；复检导轨滑块的安装基面的平面度，0.005um/m；复检两导轨滑块的安装侧基面的平行度，0.005um/m。

3.3选用合适的检棒，并将检棒压装于工作台丝杠螺母安装面；

3.4将平尺放在主导轨-导轨滑块安装面上，将千分表安装在平尺上，检查螺母检棒与平尺之间的平行度，如图3所示，平、侧两个方向，≤0.002/300；若不符合要求，则修刮丝杠螺母安装面。

3.5丝杠螺母检棒不拆，翻转工作台，并将工作台装在导轨滑块上，工作台与滑块之间放置调平垫铁，利用调平垫铁调整丝杠螺母检棒的中心高，其中一个垫铁先不装。

3.6选用合适的检棒，并将检棒压装于电机座、轴承座；

3.7将穿好检棒的电机座装于电机座安装面，电机座侧定位面贴实；

3.8使用塞尺检查电机座与床身安装面的接触，若不符合要求，做刮研处理；

3.9将千分表固定在主导轨的滑块上，测量电机座检棒的上、侧母线对主导轨的平行度，要求在≤0.002/300，如图5所示。

3.10打表检测床身电机座检棒(1号)与工作台螺母座检棒(2号)，要求±0.05，若不符合要求，则修刮电机座的定位安装面；若电机座、轴承座安装面均低于螺母座中心，则调整调平垫铁的厚度，如图4所示。

3.11拆下工作台；

3.12将配好检棒的轴承座安装在床身轴承座安装面。

3.13.将千分表固定在主导轨的滑块上，测量轴承座检棒(3号)的上、侧母线对主导轨的平行度，要求在≤0.002/300。

3.14检查电机座(1号)、轴承座检棒(3号)的同轴度，要求≤0.004，如图6所示；若不符合要求，修刮轴承座安装面。

3.15配做电机座和轴承座的销孔，如图7所示；

3.16拆下电机座和轴承座检棒；

3.17将丝杠的两端分别安装在电机端和轴承座，并使用销钉固定电机座和轴承座。

4.丝杠预拉伸量的控制

目标:根据实验结果，重复定位误差随丝杠预拉伸量的增加呈先降低然后基本保持不变的现象，某机床的直线轴的重复定位误差如图8所示，从图中可以看出，在闭环状态下，重复定位误差随着丝杠预拉伸量的增加，先降低然后趋于稳定，因此丝杠预拉伸量需要控制在一个合理的值。

抑制方法:把被拉端轴承按紧固力紧固到位，即把伺服电机端轴承座内的轴承装配好，松开工作台和丝杠螺母的联结螺钉，手动旋转拉伸端螺母，直至手动旋转不动，如图9所示，以固定步长(10um)或角度(比如锁紧螺母旋转10°)逐渐旋转缩紧螺母，并测量该预拉伸情况下的重复定位误差，如果合格则停止预拉伸；如果不合格，则增加一个步长(再拉伸10um或再旋转10°)，再次测量重复定位误差，以此类推，直至其达到设计要求。预拉伸调整结束后，拧紧联结工作台和丝杠螺母副的螺钉。

本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种抑制精密机床直线轴重复定位误差的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：

(3)判断e_v1和e_h1是否满足设计要求，若满足设计要求则进行下一步，不满足则刮研主导轨的安装基面并重复步骤(2)直到e_v1和e_h1满足设计要求为止；

(5)判断e_v2和e_h2是否满足设计要求，若满足要求则进行下一步，不满足则刮研副导轨的安装基面并重复步骤(4)直到e_v2和e_h2满足设计要求为止；测量及调整主导轨和副导轨之间的水平和竖直方向上的平行度误差，使平行度误差满足设计要求；

(6)装配滚珠丝杠并测量其装配误差；具体包括如下步骤：工作台两导轨滑块安装基面平面度误差检测；测量工作台上主导轨滑块安装侧面的直线度，复检工作台导轨滑块安装基面的平面度，测量两导轨滑块安装侧基面的平行度；选用合适的检棒，并将检棒压装于工作台丝杠螺母安装面；将平尺放在主导轨-导轨滑块安装面上，将千分表安装在平尺上，检查检棒与平尺之间的平行度，使水平和侧面两个方向的平行度满足设计要求；检棒不拆，翻转工作台，并将工作台装在导轨滑块上；选用合适的检棒，并将检棒压装于电机座、轴承座；将穿好检棒的电机座装于电机座安装面，电机座侧定位面贴实；使用塞尺检查电机座与床身安装面的接触，若不符合要求，做刮研处理；将千分表固定在主导轨的滑块上，测量电机座检棒的上、侧母线与主导轨的平行度，使平行度满足设计要求；打表检测电机座检棒与工作台螺母检棒之间的同轴度，使同轴度满足设计要求；拆下工作台；将配好检棒的轴承座安装在床身轴承座安装面；将千分表固定在主导轨的滑块上，测量轴承座检棒的上、侧母线对主导轨的平行度，使平行度满足设计要求；检查电机座检棒、轴承座检棒之间的同轴度；配做电机座和轴承座的销孔；拆下电机座检棒和轴承座检棒；将滚珠丝杠的两端分别安装在电机座和轴承座，并使用销钉固定电机座和轴承座；

(7)判断滚珠丝杠的装配误差是否满足设计要求，若满足设计要求进行下一步，不满足则刮研滚珠丝杠的安装基面并重复步骤(6)直到滚珠丝杠的装配误差满足设计要求为止；

(8)装配光栅尺并测量其装配误差；

(10)将工作台安装到导轨滑块上；

(11)调整滚珠丝杠的预拉伸量；

(12)测量工作台在该预拉伸量下的重复定位误差，并判断重复定位误差是否满足设计要求，不满足则重复步骤(11)，直到满足设计要求，最终完成装配。