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1、华中科技大学硕士学位论文滚动直线导轨副性能分析及工程技术研究姓名：黄新申请学位级别：硕士专业：机械设计及理论指导教师：孙健利20050428I 摘 要 滚动直线导轨副经过二十多年的发展渐渐普遍而且结构上趋近成熟作为一种新兴的功能部件具有结构简单动静摩擦系数小刚度好承载能力大定位精度高传动平稳精度保持性好等优点但其理论研究仍不完善对于数控机床而言最近几年来用得最广泛的是滚动直线导轨副现已被应用于各种生产机械半导体制造设备等中因此开展其各主要性能的研究和分析其在工程技术的应用具有十分重要的意义 本文首先对滚动直线导轨副各方面的性能诸如刚度特性寿命耐冲击性制造精度的可靠性等进行了讨论着重分析了不同沟
2、槽的几何形状对其性能的重大影响为滚动直线导轨选型的提供了重要依据通过试验分析了滚动直线导轨副受垂直载荷作用侧面载荷作用以及力矩作用时的性能为正确使用滚动直线导轨副提供了实际的依据建立试验装置研究滚动直线导轨副的动态特性根据试验数据图表分析了滚动直线导轨副振动性能 摩擦性能及运动的平稳性 这些特性将直接影响到机床的加工精度滚动直线导轨副在数控机床中应用广泛通过对数控机床对导轨的基本要求导轨各种性能的比较以及分析预加载荷和振动的关系提出了提高运动精度的措施 机床中各导轨往往受到各种冲击和振动 为了提高各种机床中使用导轨的抗冲击性和吸震性 满足工作稳定的需求 提出了滚动直线导轨副安装螺栓联接强度的设
3、计方法合适的进行滚动直线导轨副上安装联接螺栓的疲劳强度的设计 保证安装在机床基座上的导轨不会偏离原来的位置精密滚动直线导轨副工作台静刚度计算过程比较复杂对其进行简化 并基于此根据一定的程序框图和导轨副技术说明文档设计滚动直线导轨副选型软件并成功应用于实例中 关键词滚动直线导轨副 沟槽 数控机床 疲劳强度 选型 II Abstract The Linear Rolling Guide system, after its introduction about twenty years and more ago, has been common step by step, and been matu
4、re in structure. As a newly functional part, it has also provided some advantages such as simple structure, small static and dynamic fictional co-efficient, excellent maintainability, perfect stiffness, high setting accuracy, good carrying capacity, and good stability of high precision. However, not
5、 enough theoretical research about it has been reported, for NC machine tool, in recent years the Linear Rolling Guide system has been widely used in many kinds of producing machines and semiconductor manufacture facility. So it is very significant to research all sorts of performance and analyze ap
6、plication of engineering of Linear Rolling Guide. At first, for all kinds of performance of Linear Rolling Guide, such as stiffness, expectancy, anti-compacting, reliability of precision and so on, have been discussed. Affection of different grooves geometry in performance has been importantly analy
7、zed, and it also vital evidence to select Linear Rolling Guide. According to tests, performance under effect of vertical load, side load, and moment has been analyzed; practical evidence is provided for rightly using Linear Rolling Guide. Linear Rolling Guides dynamic property, frictional resistance
8、, stability of action directly affect working precision according to experimental result. Application of Linear Rolling Guide in NC machine tool is wide, and relevant measures of enhancing movements precision are put forward by fundamental demands of NC machine tool, comparing all kinds of performan
9、ce of Linear Rolling Guide and analyzing relationship between preload and vibration. Linear Rolling Guide in machine tool often gets outside impaction and vibration. For satisfying requirement of stability and enhancing function of absorbing vibration and anti-impaction, then bring forward calculati
10、ng of fatigue stress designing of fixed bolt of Linear Rolling Guide. Properly design fatigue stress of fixed bolt of Linear Rolling Guide, then guarantee that Linear Rolling Guide set in machine tool wont deviate from original position. At last, simplify calculation of static rigidity of precise Li
11、near Rolling Guides workstation, and design model-selecting program of Linear Rolling Guide based on a certain sketch and technical document of Linear Rolling Guide, then apply in practice. Key words: Linear Rolling Guide Groove NC machine tool Fatigue Model-selecting 1 1 绪论 1 . 1 课题来源及意义 本课题来源于广东省高
12、新技术企业广东高新凯特精密机械有限公司国家级火炬计划项目85719-05本课题是HTSD-LG 性能分析及选型软件研制合同号 0308 滚动直线导轨副是新兴的功能部件 具有结构简单 动静摩擦系数小 定位精度高精度保持性好等优点随着现代制造技术的不断发展使得传统的制造业发生了巨大的变化数控技术机电一体化和工业机器人在生产中得到了更加广泛的应用同时机械传动机构的定位精度导向精度和进给速度在不断提高使传统的导向机构发生了重大变化滚动直线导轨副以其独有的特性逐渐取代了传统的滑动直线导轨在工业生产中得到了广泛的应用1 近几年来由于制造技术的发展滚动直线导轨副的性能有所提高成本下降因此在机床工业机器人等领
13、域得到了广泛的应用同时在一般机械如食品饮料机械造纸印刷测量仪器喷涂装置搬运装置塑料机器也得到了广泛的应用2滚动直线导轨副是一种直线运动机构具有动静摩擦系数小运动精度高等优点分析和研究滚动直线导轨副各种性能具有重要的理论意义和实用价值 1 . 2 滚动直线导轨副概述 滚动直线导轨副一般由导轨滑块返向器滚动体和保持器等组成它是一种新型的作相对往复直线运动的滚动支承 能以滑块和导轨间的钢球滚动来代替直接的滑动接触并且滚动体可以借助反向器在滚道和滑块内实现无限循环3 滚动直线导轨副的外形结构如图 1.1 所示导轨采用优质合金钢制成定位侧面和滚道同时磨削保证了滚道精确的几何形状以及滚道与安装定位面之间的
14、精确的尺寸精度保持器能防止钢球散落返向器一般用工程材料制成并引导钢球反向形成连续的循环运动密封端盖和密封底片是防尘的必要部件导轨副的润滑通过注油杯注入润滑剂来进行 2 1.导轨 2.滑块 3.返向器 4.密封端盖 5.注油杯 图 1.1 滚动直线导轨副的结构 基于结构上的特点与滑动导轨相比它具有卓越的特点和优良使用性能滚动式导轨和滑动式导轨的性能比较4 性能项目 滚动式导轨 滑动式导轨 摩擦力 ? 摩擦系数在 0.01 以下 ? 静态和动态系数差异 小 ? 速度引起的变化小 ? 摩擦大 ? 静态和动态摩擦差异 大 定位精度 ? 空载小 ? 卡死滑行小 ? 亚微米尺寸定位容易 ? 空载大 ? 低
15、速时的卡死滑行大 ? 亚微米尺寸定位困难 寿命 ? 可预测寿命 ? 寿命预测困难 静态刚性 ? 一般较高 ? 因施加预压而无间隙 ? 容易预测刚性 ? 一定方向载荷刚性大 ? 有间隙 ? 刚性预测困难 速度 ? 可以在低高速很宽 的速度范围内运动 ? 不适宜超低速高速 维护和可靠性 ? 简单的维护可保证长 的寿命 ? 导轨面劣化会严重降 低精度 对于高速高精度高质量以及免维护等要求具有以上特点的滚动式导轨将满足要求目前滚动直线导轨副正朝着简单合理的设计为实现高精度和低成本和高可靠性利用高质量的材料和精湛的加工技术而迈进 滚动直线导轨副有以下的特点5 1 摩擦特性 滚动直线导轨副的摩擦性能主要表
16、现在摩擦系数小 0.0030.005运转灵活它的摩擦系数一般只有滑动导轨的五十分之一左右启动摩擦和动摩擦接近相等在速度变化时 值稳定运动轻快灵活平稳因而可实现高速运动3 6 0 m / m i n提高了生产效率其动静摩擦相差很小随动性很好即驱动信号与机械动作滞后的时间间隔很短这有益于提高数控系统的反应速度的灵敏度由于其摩擦小用于起动停止频繁的往复运动节能效果明显可使所用动力源及动力传递机构小型化减轻了重量驱动功率大幅度下降只相当于普通机械的十分之一机械系统费用大幅度降低此外滚动直线导轨副适应高速直线运动其瞬时速度比滑动导轨提高约十倍 2运动精度运动精度指的是滚动直线导轨副在工作过程中滑块体的直线运动误差情况摩擦力是影响运动精度的一个重要因素滚动直线导轨副系统的摩擦系数要远小于滑动摩擦系数且其动静摩擦之差小能够灵活运动因此在启动时无颤动在低速情况下无爬行消除了在滑动导轨中的滑移而且可将定位精度大幅度提高当施加预加载荷时可以消除间
