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浅析加工中心机床滚动导轨滑块副的研究
2017-10-10  来源:泰州技师学院   作者:王德义

       【摘 要】加工中心滚动导轨起着导向和承载的作用,其各个运动部件都是沿着床身、立柱的滚动导轨进行指定的运动。滚动导轨使运动部件沿着某一空间轴线作直线轨迹运动,使其保证各运动部件的相对位置和精度,并且承载运动部件及工作的重量和切削力。滚动导轨的质量决定了加工中心机床的刚性、各个精度和精度的稳定性。
 
      【关键词】加工中心 数控 滚动导轨 滑块副 寿命
 
       1 、前言
 
       滚动导轨具有导向精度高、耐磨性能好、刚度高、摩擦特性优良等优点,在加工中心机床上广泛应用。通过研究滚动导轨的发展、特点等,为中职类学校学生学习《数控机床》课程设计实验提供理论基础,丰富课程设计实验内容,同时也为高精密进给机构的研制打下坚实的基础。通过一级进给推进滚动导轨寿命计算实例,从中分析研究影响导轨寿命的各种因素,为今后的滚动导轨研究提供参考数据。
 
       加工中心滚动导轨的发展基本上可以分为四阶段,第 1 阶段主要实现了滚动导轨的优良特性,并且能够平稳无阻滞的直线导向运动。第 2 阶段由于对其在安装使用提出了新的要求,人们开始研究轴承带保持架,不漏球的滚动导轨副。第 3 阶段随着滚动导轨在 35m/min 以上快速领域的应用逐渐增多,高速运动做往复运动时,消除了滚珠间的摩擦和碰撞,实现了低噪音。第 4 阶段由于滚动导轨在重载、高精、高速的加工中心机床上的迅速应用,对作为循环体滚珠的刚性和承载能力不能满足需要,滚柱式的重载导轨应运而生。它继承了前者的优点,真正达到了加工中心机床对导轨副的要求。
 
      加工中心机床对滚动导轨的要求较高,首先导向精度要好,滚动导轨的几何精度直接影响运动部件的导向精度,因此在滚动导轨规定的检验标准中对导轨直线度及两导轨接触面平行度都有明确规定。影响其精度的主要因素一个是加工制造精度,再就是滚动导轨的装配质量,以及滚动导轨及其支承件的刚性和受热变形程度。
 
      其次滚动导轨耐磨性要好,运动接触导轨面沿固定导轨面长期运动将会引起滚动导轨不匀称的磨损,从而破坏滚动导轨的运动导向精度,直至影响加工精度。滚动导轨的耐磨性直接影响机床的加工精度稳定性,滚动导轨的耐磨性是设计制造的关键,也是衡量加工中心机床质量好坏的重要标志,提高加工中心滚动导轨的耐磨性,减小滚动导轨磨损的不匀称,并使不匀称磨损后能够自动补偿或调整,也是很关键的。
 
      再次加工中心滚动导轨的刚性要好,滚动导轨受到外力后会产生变形,将会影响到各个运动部件之间的相对位置和运动部件的导向精度,所以说加工中心滚动导轨要有很好的刚性。加工中心滚动导轨的受力变形主要取决于滚动导轨的形式,滚动导轨的尺寸及滚动导轨与支承件的连接方式和受力情况。
 
     最后滚动导轨的磨擦特性要优良,运动部件低速移动时易产生爬行,进给运动时的爬行,将会增大被加工表面的粗糙度,定位运动时的爬行,将降低定位精度。所以说要求加工中心滚动导轨要在低速运动的时候要非常平稳。另外滚动导轨的磨擦系数要小,以减小磨擦阻力和滚动导轨本身的热变形。

     加工中心滚动导轨主要是由滚动导轨块和直线滚动导轨副构成,加工中心滚动导轨块一般采用循环式的圆柱滚子,与机床床身上的导轨配合,其优点在于不会受到行程长度的限制,刚性相对很高。
 
     加工中心滚动导轨载荷寿命的关系着加工中心机床的寿命,其寿命计算是设计制造加工中心机床不可缺少的环节,也是当我们去选用滚动导轨的依据,更关系到产品设计人员的声誉问题,下面我们根据实例来判定滚动导轨的寿命。
 
     设计使用条件: 某一实验室实验用工作台,导轨水平使用,使用两根导轨,两导轨间的中心距为 180mm,行程长度 300mm,工作台质量 50kg,负载 2. 5kN 重心在工作台中心,导轨匀速运动,每分钟往返次数 n = 3,预计使用寿命 10 年。
 
     预选导轨型号: 韩国太敬导轨 导轨型号 SBG15SL

    
  
    安全系数的选用与计算: 由于实验工作台工作时无冲击、振动,查机械手册可选安全系数 fi =1.5  ft = 1  fc = 1  fa = 1


    
  
    设实验工作台每年工作日为 270 天,每天使用 8 小时,其使用率为 90% 。则其预计寿命为 23490 ÷ 270 ÷ 8 ÷ 0. 9 = 12. 08 年则此滚动导轨符合实验工作台设计的要求。
 
    加工中心滚动导轨的刚性与机床床身导轨和滚动体的加工制造精度有密切的关系,若加工制造的质量非常高,则机床床身导轨与滚动体的弹性位移对滚动导轨刚性就非常好。
 
    事实证明,滚动导轨的负载越大,滚动导轨滑块副的寿命越短,滚动导轨的额定动载荷同样决定着导轨滑块副的寿命长短,承受的动载荷越大其滚动导轨滑块副的寿命就越长,滑块越多其滚动导轨滑块副的寿命就越长,滚动导轨的行程越长导轨滑块副的寿命越短,反之行程越短,寿命越长。
 
    2、 结语
 
    加工中心机床滚动导轨滑块副的研究对学生课程设计的启发探索有着较为深远的意义,既可以使学生理解滚动导轨的设计,也能对今后加工中心滚动导轨滑块副的发展起着巨大的引导推动作用。

 

 

 

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