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滾動直線導軌設(shè)計及相關(guān)技術(shù)研究
摘要：就目前來說，世界的制造加工業(yè)對機床的加工要求越來越高，也就是對機床的各項性能都有更高的要求。比如說：高速度、高剛度和高精度。機床的發(fā)展水平是衡量一個國家工業(yè)的重要標志。機床主要由主軸和導軌兩部分組件構(gòu)成，而導軌的重要性要更強，其中直線滾動導軌占有很大優(yōu)勢，被普遍應(yīng)用于數(shù)控機床和其他的行業(yè)中。
本課題主要研究了機床的整體布局結(jié)構(gòu)，軌道的直線度分析，還有滾珠絲杠的剛度計算，現(xiàn)在分別詳細的介紹一下：
(1）首先，在通過閱讀國內(nèi)外的文獻，了解了機床的整體結(jié)構(gòu)后，本文先確定了機床的整體布局方式，然后對機床導軌性能進行分析；對溜板箱的計算設(shè)計，對滾珠的長度和數(shù)量的進行了相關(guān)的設(shè)計。
（2）其次，對導軌的直線度進行分析，通過對直線度的定義分析，綜合對比選擇直線度的測量方法和評定方法。
（3）最后，對滾珠絲杠的剛度進行計算，通過對滾珠絲杠、絲杠軸、螺母和支撐架的軸向剛度通過算式進行計算分析，計算了滾珠絲杠的承載能力，以更好地配合直線導軌。
關(guān)鍵詞：滾動直線導軌，直線度，滾珠絲杠，選型
I
Linear guides design and related technology research
Abstract: Now, the world's manufacturing industry need high requirements for the machining, that is, the performance of the machine have higher requirements. For example: high speed, high rigidity and precision. The level of development of machine tools is an important indicator to measure a country's industry. Machine tool spindle assembly consists of two parts and the rail, and the importance of rail to be stronger, in which the linear motion guide large advantages, it is widely used in CNC machine tools and other industries.
This paper studies the structure of the overall layout of the machine, straightness track analysis, as well as ball screw stiffness calculation, are now described in detail here.
(1)First, by reading literature at home and abroad to understand the overall structure of the machine, the paper first determine the overall layout of the machine, and then analyze the performance of the machine tool guide; on the apron of the computational design of balls the length and number were related to the design.
(2)Next, the straightness of the rail is analyzed by the definition of straightness of analysis, synthesis, comparison measurement method and evaluation method selection straightness.
(3)Finally, the stiffness of the ball screw is calculated by the axial stiffness of the ball screw, screw shaft, nut and the support frame is calculated by formula analysis to calculate the carrying capacity of the ball screw to better fit linear guid
Keywords:linear guides, straightness,ball screws, selection
II
目 錄
摘要…………………………………………………………………………………..Ⅰ
Abstrat……………………………………………………………………………….Ⅱ
目錄 III
1 緒論 1
1.1 課題的研究背景 1
1.2 國內(nèi)外滾動直線導軌的研究現(xiàn)狀 1
1.2.1 國內(nèi)的研究現(xiàn)狀 1
1.2.2 國外的研究現(xiàn)狀 2
1.3 研究的內(nèi)容及意義 2
1.3.1 研究的內(nèi)容 2
1.3.2 研究的意義 3
2 機床滾動直線導軌整體設(shè)計 4
2.1 機床的整體布局 4
2.2 導軌的性能分析 4
2.3 主要零部件的設(shè)計 5
2.3.1 溜板箱的設(shè)計 5
2.3.2 滾柱的長度設(shè)計 5
2.3.3 滾柱的數(shù)量 6
3 導軌的直線度分析 8
3.1 直線度的定義 8
3.2 直線度測量方法 9
3.3 直線度評定方法 9
4 滾珠絲杠的剛度計算 11
4.1 滾珠絲杠的軸向剛度計算 11
4.2 絲杠軸的軸向剛度 11
4.3 螺母的軸向剛度 12
4.4 支撐軸承的軸向剛度 12
4.5 小結(jié) 12
總結(jié) 13
參考文獻 14
致謝 16
7
1 緒論
1.1 課題的研究背景
隨著新中國的改革開放，我國在科學技術(shù)上以借鑒為主要的發(fā)展動力。近四十年來，國內(nèi)的制造業(yè)規(guī)模突飛猛進。但是制造業(yè)的技術(shù)相較于發(fā)達國家仍有巨大的差距，國際的頂尖高端技術(shù)產(chǎn)品我們沒有知識產(chǎn)權(quán)，只能依賴反求工程制造高仿，或者付出昂貴的代價購買國外的產(chǎn)品，加上國際制造業(yè)的壟斷。我國制造業(yè)向技術(shù)型產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)變舉步維艱。
這個世紀，隨著國內(nèi)技術(shù)的提高和大量人才的引進，制造業(yè)正迎來新的變革。制造業(yè)由粗放型向技術(shù)性的轉(zhuǎn)變，首先就是產(chǎn)品的加工精度。而滾動直線導軌作為新興的導向部件，動靜摩擦系數(shù)非常的小，定位精度又要求非常的高，相應(yīng)速度快，實現(xiàn)其高速的精確的運動。滾動直線導軌已大批量用于機床的各個部分。采用滾動直線導軌能保證機床的加工精度，并且可以提高效率。滾動直線導軌已被廣泛應(yīng)用在人們生活的各行各業(yè)中。
就目前來說，歐美等少數(shù)發(fā)達國家具有生產(chǎn)加工高質(zhì)量導軌能力的企業(yè)，國家的扶持和國內(nèi)的需已經(jīng)加快了國內(nèi)的企業(yè)投資，但國內(nèi)的滾動直線導軌制造還是以反求工程為主，也就是對產(chǎn)品的高仿，產(chǎn)品的承載能力、運動精度均不達標。其根源在于理論欠缺、起步較晚，研究方法遠遠不夠。
1.2 國內(nèi)外滾動直線導軌的研究現(xiàn)狀
1.2.1 國內(nèi)的研究現(xiàn)狀
我國從上世紀80年代才開始進行滾動導軌副方面的研究，由于國內(nèi)缺乏自主研發(fā)能力，產(chǎn)品質(zhì)量與國外的相差很大。最近三四十年，國內(nèi)加大了對滾動導軌的重視，扶持相關(guān)產(chǎn)業(yè)，但是依然有很大的差距。在國內(nèi)，生產(chǎn)的滾動直線導軌質(zhì)量參差不齊、生產(chǎn)成本非常高、規(guī)格不夠齊全，生產(chǎn)效率非常低，并且擁有先進生產(chǎn)能力的公司屈指可數(shù)，根本不能與國外相媲美。
國內(nèi)關(guān)于滾動導軌的理論研究開始于上世紀80年代，其中，1986年南京研制出了型號為GGA25的徑向型滾動導軌副標志著我國開始自主研發(fā)，標志著我國開始制造滾動直線導軌。目前，關(guān)于滾動導軌的可研究的內(nèi)容越來越多，包括滾動導軌的性能分析、運行平穩(wěn)性、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、精度、導軌的加工等等，國內(nèi)下一步的研究正在向更深度發(fā)展。
其中，華中科技大學對滾動導軌的靜剛度進行了研究，得到了一種新的導軌剛度計算方法；東南大學主要對滾動導軌的結(jié)合面進行了研究，也獲得了相當?shù)慕Y(jié)果；東北大學和西安理工大學也對滾動導軌的結(jié)合面進行了研究，但研究的結(jié)果重點有所不同。前者主要研究了導軌的靜、動剛度，后者主要對導軌結(jié)合面的變形進行了研究，提出了變形數(shù)學計算的一般公式。
綜上可知，國內(nèi)對滾動導軌的設(shè)計生產(chǎn)、精度分析、壽命分析都投入大量的精力，滾柱導軌的研發(fā)必定走向成熟。由于我國在研發(fā)方面先天不足，因此更應(yīng)該加速對其的研究[1]~[3]。
1.2.2 國外的研究現(xiàn)狀
當下，國外發(fā)達國家在滾動直線導軌的生產(chǎn)制造方面較強，日本的直線滾動導軌產(chǎn)量達到世界的50%，但他們卻導軌的研究資料處于高度的保密狀態(tài)?？偟膩碚f，國外對滾動直線導軌的各個方面基本上都進行了研究，并獲得了一定的成果，這些成果都有助于滾動導軌的發(fā)展：
日本學者對導軌進行了剛度的分析，他們研究了究導軌的剛度改變；有人還提出了導軌的剛度與所受外載的關(guān)系，并將這定量化、具體化。根據(jù)研究結(jié)果，他們還研究了導軌平穩(wěn)性、定位精度等與導軌不同預(yù)載的關(guān)系。國外學者也研究導軌的額定壽命。日本學者對導軌壽命進行研究。他們總結(jié)出了導軌的壽命通用計算公式，和特定場合的壽命計算公式。
日本學者對導軌摩擦也進行了研究，得到了導軌摩擦力的數(shù)學模型導軌的潤滑和精度方面也有人研究，德國學者對導軌振動做了研究，總結(jié)出自己的模型。其中德國的阿亨工業(yè)大學，它對滾動導的靜態(tài)特性和動態(tài)性能進行了許多實驗研究研究。
總之，國際上的學者對滾動直線導軌的方方面面都進行了研究，并且都取得了一定的成果，他們的研究水平也是遠超國內(nèi)的水平。
1.3 研究的內(nèi)容及意義
1.3.1 研究的內(nèi)容