大型重载滚柱直线导轨副研制

大型重载滚柱直线导轨副研制 东南大学 硕士学位 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 大型重载滚柱直线导轨副研制 姓名:殷玲香 申请学位级别:硕士 专业:机械制造 指导教师:贾方汪爱清 20080601 摘要 大型重载滚柱直线导轨副研制 摘 要 随着数控机床向大型、重载、高速、低噪音方向快速发展，迫切需求承载能力更高、刚性更强的滚动直线导轨副与之配套。本文以大型重载滚柱直线导轨副为研究对象，深入探讨了大型重载滚柱直线导轨副的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 、结构特点、承载特性、制造过程中的关键技术、精度特征及其应用技术。 本文系统描述了滚柱直线导轨副的设计过程，采用有限元分析法对结构进行优化设计，选择了承载能力更强、抗扭矩能力更强的内,型槽结构，有效防止滚柱滑块的开口变形。对滚柱导轨副动、静载荷进行了理论分析，通过与滚珠导轨副多组数据对比，滚柱导轨副动载荷提高,,,以上，静载荷提高,,,,以上;在相同条件下，对滚珠导轨副及滚柱导轨副施加垂直方向、水平方向高刚性试验，结果表明，滚柱导轨副受力变形量仅为滚珠导轨副变形量的一半。 使用滚柱保持链，有效防止了滚柱与滚柱之间的碰撞，降低了运行噪音，由导轨副运行噪音试验可知，可降低运行噪音,,,,,,;滚柱保持链中独特的润滑脂存储袋的设计，使润滑脂长期残存于相邻滚柱间的间隔保持器中，减少了油脂损耗，在高速耐久性跑合试验中，可实现,,,,,,长期免维护运行。 对大型重载滚柱导轨副的性能及承载特性进行了试验，,试验结果表明，该导轨副能够较好地满足数控机床对大型、重载、高速度、高精度的要求。在测试和试验基础上，详细分析了大型重载滚柱?脊?/B>副的性能、承载特性与结构之间的关系，为大型重载滚柱直线导轨副的进一步优化设计提供了可靠的依据。 关键词:滚柱直线导轨副;动载荷;静载荷;滚柱保持链;寿命 东南大学硕士论文 ,,, ,, ,, ,,,,, ,,,,, ,,,,,,, ,,,,,, ,,,,,, ,,,,,,;, ,,, ,,, ,,,, ,, ,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,, ,, ,,,,,，,,,,, ,,—,,,, ;,,,;,,,，,,,,,,,,,, ,,, ,,,,, ,,,,,,, ,,, ,,，,,, ,,, ,,;,,,, ,,,,,, ,, ,,,,,,, ,,, , ,,,,,,,,,,, ,,,, ,,,,,, ,,,,,,,, ;,,,;,,, ,,, ,,,,,, ,,,,,,,, ,,,,,,,,,;, ,,,;, ;,,,,,, ,？,,,,,, ,,,,(,,,, ,,,,,, ,,,,, ,, ,,,,, ,,,,, ,,,,,,, ,,,,,, ,,,,,, ,,,;,,, ,,,,,,;,,, ,, ,,,,,,,, ;,,,,;,,,,,,,; 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,,,,;,,,,,; ,,,,;,,,,,,, ,,,,,,, ;,,,,;,,,, ，， 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名:蛙妲型童日 研究生签名:宦趔蜇日 期: 沪钾((，,髟 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权东南大学研究生院办理。 研究生签名:障导师签名: 日 第一章绪论 第一章绪论,(,课题来源及意义 ,,, ,,,,,,,, ,,,,国际机床展上的情况表明，在国际市场上，数控机床日新月 异的发展带来了滚动功能部件制造业的蓬勃发展，新的应用领域也对传统的滚动功能 部件提出了新的技术挑战?。 滚动功能部件产品包括:各类滚珠丝杠副，滚珠和滚柱直线导轨副、滚珠花键、 滚珠导套、直线运动组合单元等。它们具有:传递动力、精密定位和分度、精密导向、 对,,,指令的敏捷反应、既可微量进给又能高速驱动，长寿命绿色环保和可再制造等 功能，它是,,,机床和各类自动化机械中不可替代的重要功能部件。由于它的应用范 围十分广泛，在全球范围已形成了一个以滚动功能部件为核心实现线性运动的产业体 系，在海外先进工业国家都拥有一批产品档次和专业化、产业化水平都很高的企业。 在技术创新的推动下，按照市场的需求，正朝着定位精密化、驱动高速化、产品结构 复合化、智能化、模块化、绿色化方向发展，产品规格向特大型，高刚度重载荷、超 小型、小径大导程，超大导程方向扩展和延伸瞳,。 滚动直线导轨副具有结构简单、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更加广泛的应用口,。特别是最近十多年来， 为适应高精度、高速、节约能源以及缩短产品开发周期等各种要求，滚动导轨正迅速 向功能部件方向发展,,，并实现了标准化、系列化、通用化和商品化，成为各类数控 机床、机电一体化产品的重要配套部件啼,。但由于滚动体为钢球，滚动体与滚道之间 的接触方式为点接触，具有刚性差、抗偏摆能力弱等缺点，已不能满足大型数控机床 的使用要求。 随着大型,,,龙门镗铣床、重型,,,车床、大型龙门式加工中,心的发展，以及钢 铁冶金装备、大型电站、空港海港设备、大型雷达装备等对滚动功能部件的需求，海 外企业纷纷研制出超重负荷，超长行程的产品，西班牙,,,—,,,,, ,(,采用大型专用 螺纹磨床整体加工出,,,,,,,长的超长行程滚珠丝杠，精度达,,级(静态测量)。,,,、 ,，,，,等推出承载能力达,,,,专用于电动注塑成型机的超重载滚珠丝杠。滚柱直线 导轨副在满足重载、高刚度、长寿命方面更具独特优势，德国，,,公司,,, ，,,,,, 东南大学硕士论文 型超重型产品，滑块宽,,,,,,，高,,,,,，自重,,,,，,,,,,,,,,，一个滑块可承载 一条重达,,,,的蓝鲸。,,,,,,,公司的“,,,,,, ,,,,超大型滚柱直线导轨副，滑块 宽,,,,，高,,,,,，长,,,,,，可承受,,,,载荷哺,。 国内数控机床也快速朝大型、重载、高速、低噪音、快速响应方向发展，数控龙 门铣、数控落地镗、大型五面加工中心等高精尖、大型专用设备等迫切需求承载能力 更高、刚性更强的滚动直线导轨副与之配套。 目前，日本,,,、德国,,,,,,,、台湾 ,，,，,等公司已有滚柱直线导轨副面市，但因国内尚无同类产品，国内机床厂家均依 赖进口，在使用上存在交货期长、价格昂贵、技术服务不到位、售后维修困难等问题， 严重制约了国内数控行业的发展。因此，设计、制造并研究滚柱重载直线导轨副各方 面的性能，使其能够尽快在国内得到广泛应用，具有十分重要的意义。 本课题结合南京工艺装备有限公司承担的国家发改委“高精度、高品质、高性能 滚动功能部件产业化”重大项目，主要研究了大型重载滚柱直线导轨副的研发及应用 技术。,(,滚动直线导轨副简介,(,(,滚动直线导轨副的结构及特点 ,(保持架 ,(滚动体 ,(导轨 ,(侧密封垫 ,(密封端盖 ,(返向器 ,(滑块 ,(油杯 图,;,滚动导轨副结构 滚动直线导轨副是由滚动导轨、滚动滑块、滚动体、返向器、保持架、密封端盖等零件组成，外形结构如图,(,所示。导轨与滑块滚道之间添加滚动体，当导轨与滑块作相对运动时，滚动体就沿着导轨上的经过淬硬和精密磨削加工而成的四条滚道滚动，在滑块端部滚动体又通过返向装置(返向器)进入返向孔后再进入滚道，滚动体就这样周而复始地进行滚动运动。返向器两端装有防尘密封端盖，可有效地防止灰尘、屑末进入滑块内部,,。 , 第一章绪论 滚动直线导轨副的主要零件滚动导轨、滚动滑块均采用优质合金钢制成，滚道经过 淬硬处理，硬度可达,,,,,，,一，,,;滚道均采用先进的成型磨削技术加工而成，精度可达 ,(,,,,,,,;滚动体采用优质合金钢或陶瓷材料制成，硬度达,,,,,，,,,,,，具有极高的硬 度;返向器正常运转时引导滚动体返向形成连续的循环运动，在整个装置中是不受力的， 故一般用工程塑料注塑而成，成本低、精度高、适合批量生产;保持架起到预防当滑块 脱离导轨时滚动体散落的作用;密封端盖是防尘的必要部件;滚动元件对润滑要求高， 故在滑块端部设计有润滑油杯，可注入润滑油或润滑脂对滑块内部进行润滑。由于具有 以上特殊结构设计，与滑动导轨相比，具有许多优良特性: 表,(,滚动导轨副特点及应用序号 特 点 应用 运动灵敏度高，滚动导轨的摩擦系数小，只有,(,,,,,,,，,(,,阳,， , 驱动功率大幅度下降，只相当于普通机械的十分之一 坐标镗床、数控机床 和外圆低速精密磨床, 动、静摩擦力之差很小，随动性极好，即驱动信号与机械动作滞 砂轮架导轨，能精密 , 后的时间间隔极短，有益于提高数控系统的响应速度和灵敏度 位移 , 驱动功率大幅度下降，只相当于普通机械的十分之一例 大型外圆磨床工作台 滚动导轨是为防止高? , 适应高速直线运动，其瞬时速度比滑动导轨提高约,,倍 速移动时因动压效应 使工作台浮起，以提 , 能实现高定位精度和重复定位精度 高加工精度 ( , 能实现无间隙运动，提高机械系统的运动刚度 立式车床工作台采用 滚动导轨，为了提高 成对使用导轨副时，具有“误差均化效应”，从而降低基础件(导 , 速度 轨安装面)的加工精度要求，降低基础件的机械制造成本与难度 工具磨床工作台用滚, 导轨采用表面硬化处理，使导轨具有良好的可校性，心部保持良 动导轨，则为手摇轻 , 好的机械性能 便灵活 , 由专业厂生产，可以外购选用，简化了机械结构的设计和制造 一般普通机械用于精 密直线传动 ,, 缺点:抗震性差、结构复杂、制造成本高 ,(,(,滚动直线导轨副的分类 滚动导轨副的类型一般以滚动体类型及滚动体的循环方式分类，不同类型的滚动导 轨副具有不同的特点,,,，见下表,(, 东南大学硕士论文 表,(,滚动导轨副的分类 分类方法 类别名称 特点 应用 点接触，摩擦阻力小，刚性可调，结 电火花、线切割 机 构紧凑，通过合理设计滚道圆弧可大 床、加工中心等，以 滚珠导轨 幅提高承载能力，适合于标准化批量 及一般机械的直线 生产，成本较低 运动传动 按滚动体 线接触，承载能力较同等规格的滚珠 数控车床、大型数控 的类型 滚?导轨 导轨大,,,倍，刚性高，制造困难 钻铣机床、车铣复合 加工中心等 滚针 尺寸 手机海报尺寸公章尺寸朋友圈海报尺寸停车场尺寸印章尺寸 小，结构紧凑。承载能力较 适合于导轨尺寸受 滚针导轨 大，对导轨面的平面度敏感，制造难 限制的机床上 度大 滚动体在运行过程中沿循环通道自动 适用于行程较大的 滚动体循环 周而复始，行程不受限制，常作为独 机床，是目前应用最 导轨副 立的标准化部件，由专业厂生产(如 广泛的滚动直线功 按滚动体 滚动直线导轨副和滚动导轨块) 能部件 的循环 滚动体在运行过程中不循环，行程有 一般应用于行程较 滚动体不循 限。一般可根据需要自行设计由专业 小的机床，如轴承的 环导轨副 化制造厂家生产 沟槽磨床,(,滚动直线导轨副的发展概况及研究现状,(,(,滚动直线导轨副的发展概况 早在,,,,年，法国专利局就首次公布了滚动直线导轨副专利，但是由于当时设计制造水平的限制，承载能力低、刚性差且结构设计复杂，加工困难，装配复杂，易出故障，从而使滚动直线导轨副的研究和应用迟缓至,,年代。,,年代以来，随着机械的,,化、高精度、高速度、节能以及耐久性等各方面的要求，促使对滚动直线导轨副的应用和研究加快了。,,年代后期，日本,,,公司提出了,,,型直线滚珠花键的专利，并且运用各种机械之中;接着便是圆柱型套筒式直线滚动导轨副(即直线运动球轴承)的问世【,，】 , 国际市场上的滚动导轨副从,,年代开始研究及应用，以日本的,,,、,,,、，,,、德 , 第,荦绪论国的,,,,,,,、,,,,、，,,为最主要的生产大厂，全年的销售额总计达,,亿美元以上。从,,年后期开始，台湾的,，,，,、,,,,、,,,,,及韩国的,,,工厂也在全球市场上崭露头角, ,,。这些公司在滚动直线导轨副的研究和开发性产品方面处于领先水平，为适应数控机床大型化的发展，已相继有滚柱导轨副推出。经过四十多年的发展，滚动直线导轨副已日趋成为国际通用的一种支承及传动装置。经过大半个世纪的发展，滚动直线导轨副逐渐普遍得到了广泛的应用，而且在结构上趋近成熟，近几年在技术上也得到了迅速发展，现已成为现代工业装备、数控机床、精密测量装置中必不可缺的功能部件。 我国在滚动直线导轨副的研究和制造方面起步比较晚，目前，主要有南京工艺装备制造有限公司、广东高新凯特精密机械有限公司、汉江机床厂、上海中恒导轨厂及济宁博特几家，全年的生产能力大约为,,万米套，约占国内市场额的,,,，应用在数控机床及精密机械设备中的比例更少。在一定程度上已成为了制约国产高档数控机床发展的瓶颈。 就目前来说，由于自动化技术的发展，滚动直线导轨副向着组合化、智能化、集成化、自动化的方向发展，滚动直线导轨副的新类型、新功能目前在不断涌现,,儿,,,，出现以下几种形式的新型导轨: ,、高速、高加减速滚动直线导轨副的开发,儿,引。 滚动直线导轨副实现高速、高加减速的基本要求: (,)滚动体之间不接触; (,)润滑性能提高，并有长期维持特性; (;)整列滚动体光滑运动; (,)冲击力小的循环机构。 基于以上要求，国外部分公司开发了具有以下特性的滚动直线导轨副: (,)滚动直线导轨副中采用滚动体保持器(如图,(,)，使滚动体均匀地排列， 平稳地进行循环运动。这样在滚动体循环运动过程中，油膜接触，避免了滚动体之间 的直接接触摩擦和碰撞, ,,，从而消除了由滚动体接触碰撞引起的振动、噪音;滚动体 的磨损也消失了，增 强了润滑脂的保持性，实现了长期无需维修保养;滚动体相对摩 擦速度减小,,,，由于滚动体与保持器接触面积大，面压变低，发热减少，能实现高 速。开发了噪声低、免维修、寿命长、速度可达,,,,,,,,的超高速直线运动的,,, 导轨副，并已开始推广。该导轨副实现了,,,,,,,,运动速度下噪声小于,,,,，摩擦 波动幅度减少到以往产品的,,,。另外，通过了一次加油脂,,,，运行,,,,,,的无负 载试验。 气 东南大学碗士论文 存有橱滑脂 图,(,滚动体保持器 (,)自润滑免维护装置“”“” 为了使滚动部件能长期稳定工作且保持其机能，润滑和免维护要求是十分重要的，为此，日本,,,公司开发了滚动直线导轨副使用的古有润滑油的树脂材料“固形油”的“,，系列润滑装置，并已经投放市场。 所谓,,, ,，系列密封件古有重量比为,,,的润滑油，润滑油慢慢地溢出而维持长期润滑能力，自,,,,年投放市场以来，效果显著评价很好，在,,,,年北京国际机床博览会上，丰田精机制造的曲轴磨床上就展示了这种免维护的导轨副，它的使用寿命与机床的寿命一致，并不必润滑维护。 日本,,,公司研制的,,润滑器包含——具有纤维网及密封件的油池，从而使导轨副的润滑达到长期免维护的技术要求，,,润滑器的结构如图,(,。维护周期大大增长。在导轨副中滑块上安装,,润滑器损失的油可自动恢复，延长维护周期。 外罩 鬲密度纤维网 图, ,口,润滑器的结构图 ,、带磁栅测量系统的滚动直线导轨副 瑞士,;,,,,,,,,,, ,,公司与,,,,,,,,, , ,, ,,公司合作开发了名为“,,,,,,,,”的滚动直线导轨副，它把直线运动的导向功能与磁栅——数显的位移检测功能合二为一。磁化钢带粘帖在导轨的侧面，而拾取信号的磁头则与导轨副的滑块周定并与之同步运动，磁栅测量系统的最小分辨率为, ,,,,,，精度为, ,,,,『】，,，最高移动速度为,,,,,,。导轨虽长可达,,,,,，每,,,,设一个参考点。“,,,,,,,,”滚动 , 第一章绪论 直线导轨副具有以下特点: ,)结构紧凑，易于安装，占用空间小; ,)由于测量系统装在导轨体内，显著地减小了误差，提高长度测量的准确性; ,)把磁栅密封在导轨体内，从而增加了测量系统的抗干扰能力; ,)性价比比较高。 ,、带阻尼滑块的滚动直线导轨副 无论是滚珠或滚柱型的滚动直线导轨副的吸振性都较差。德国，,,公司通过试验证 明:用增加预紧力来消除振动的方法不可取，因为减振.