直线滑轨XY工作台三维设计动画、软件控制毕业论文.doc

毕业设计报告(论文)

报告(论文)题目： 直线滑轨XY工作台三维设计
动画、软件控制
作者所在系部： 机械工程系
作者所在专业： 机械设计制造及其自动化
作者所在班级：
作 者 姓 名 ：
作 者 学 号 ： 6
指导教师姓名：
完 成 时 间 ： 5日

摘 要 v}@Uc-(

)t,efg  本设计采用三维制图将直线滑轨以及滚珠丝杠等一系列传动部件组装成XY工作台以实现工作台的X,Y方向的运动。并采用C语言程序进行编程，以实现导轨工作台的圆弧运动，从而实现软件控制。

关键词：X—Y工作台；软件控制：三维制图 ~^o YPd52*

Y*S(uqAbstract
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The design uses a three-dimensional graphics will be a straight line, such as rail and ball screw drive parts assembled into a series of XY workstable in order to achieve X, Y direction of the movement. And procedures for the use of C programming language in order to achieve the circular movement of the guide table in order to achieve software control.

Keywords The X-Y workstable；software control；Three-dimensional mapping

目 录

摘要 ……………………………………………………………………………… Ⅰ
Abstract ………………………………………………………………………… Ⅱ

第1章 绪论 …………………………………………………………………… 1
1.1 国内数控机床发展现状解 ……………………………………………… 1
1.1.1 国内数控机床行业近年取得的成绩………………………………… 1
1.1.2我国数控机床市场巨大 ……………………………………………… 2
1.1.3国内数控机床仍然较为落后 ………………………………………… 3
1.2中国滚动功能部件行业发展历程及前景展望 ………………………… 4
1.2.1“功能”决定产品的命运 …………………………………………… 4
1.2.2 滚滚向前48个春秋的回顾 …………………………………………5
1．3 直线导轨和滚珠丝杠的发展趋势 ……………………………………11
1.3.1行业现状… ……………………………………………………………11
1.3.2 国外发展趋势…………………………………………………………12
第2章 概述 ………………………………………………………………………12
2.1 导轨 ………………………………………………………………………12
2.1.1HIWIN直线导轨优点 ………………………………………………… 12
2.1.2 EG系列直线导轨特点 ………………………………………………13
2.1.3 轨道的安装 ……………………………………………………… 13
2.2 丝杠 ……………………………………………………………………14
2.2.1 滚珠丝杠的特长 ……………………………………………………14
2.2.2 标准库存精密滚珠丝杠（轴端完成品BNK型）……………………14
2.2.3 丝杠外部设备…………………………………………………………15
2.2.4 丝杠的安装……………………………………………………………15
第3章 机械部分设计………………………………………………………………18
3.1.总体方案的确定 …………………………………………………………18
3.1.1设计参数……………………………………………………………… 18
3.1.2初选步进电动机和丝杠……………………………………………… 18
3.1.3初定工作台尺寸……………………………………………………… 19
3.1.4系统组成框图………………………………………………………… 19
3.2机械部分的设计 ………………………………………………………… 20
3.2.1 传动系统等效转动惯量计算…………………………………………20
3.2.2 工作载荷分析及计算…………………………………………………20
3.2.3进给工作台工作载荷计算……………………………………………21
3.2.4滚珠丝杠螺母副的选型和校核………………………………………21
3.2.5导轨的选型和计算……………………………………………………23
3.2.6驱动电机的选用………………………………………………………24
第4章 软件控制 …………………………………………………………………26
4.1 程序实现原理………………………………………………………………26
4.2 程序流程图…………………………………………………………………27
4.3 程序调试过程………………………………………………………………27
致谢 …………………………………………………………………………………29
参考文献…………………………………………………………………………… 30

第1章 绪论
1.1 国内数控机床发展现状解析
1.1.1 国内数控机床行业近年取得的成绩
我国的数控机床无论从产品种类、技术水平、质量和产量上都取得了很大的发展，在一些关键技术方面也取得了重大突破。据统计，目前我国可供市场的数控机床有1500种，几乎覆盖了整个金属切削机床的品种类别和主要的锻压机械。领域之广，可与日本、德国、美国并驾齐驱。这标志着国内数控机床已进入快速发展的时期。
近年来我国机床行业不断承担为国家重点工程和国防军工建设提供高水平数控设备的任务。如国产XNZD2415型数控龙门混联机床充分吸取并联机床的配置灵活与多样性和传统机床加工范围大的优点，通过两自由度平行四边形并联机构形成基础龙门，在并联平台上附加两自由度串联结构的A、C轴摆角铣头，配以工作台的纵向移动，可完成五自由度的运动。该构型为国际首创。基于RT一Linux开发的数控系统具有的实时性和可靠性，能在同一网络中与多台PLC相连接，可控制机床的五轴联动，实现人机对话。该机床的作业空间4.5mx1.6mx1.2m，A轴转角±1050,C轴连续转角0一4000，主轴转速(无级)最高10000r/min，重复定位精度±0.01mm，可实现三维立体曲面如水轮机叶片，导叶的五轴联动高速切削加工。
超精密球面车床为陀螺仪的加工提供了基础设备，这类车床也可用于透镜模具、照相机塑料镜片、条型码阅读设备、激光加工机光路系统用聚焦反射镜等产品的加工。
高速五轴龙门铣床采用铣头内油雾润滑冷却、横梁预应力反变形控制等技术。这类铣床可用于航空、航天、造船、水泵叶片、高档模具等的加工。
SSCKZ80一5型五轴车铣复合加工中心可满足航天、航空、船舶及铁路运输业对高精度、高刚度、形状复杂的大型回转体零件加工的要求，如飞机发动机主轴、起落架的加工，船舶发动机活塞、增压器蜗杆差速换向器及螺旋叶片的加工等。
TW250型高速、高效车削中心采取双主轴对置结构，两个刀架分别位于主轴轴线上下方，控制轴数8个，可实现4轴联动。装有12位伺服驱动双向动力刀台的上下刀架可对任一主轴进行2轴或4轴加工。该机床采用模块化设计技术，可根据用户的不同要求派生为双刀架双主轴、单刀架双主轴、双刀架单主轴、等车削中心或数控车床。
XKAE2720型桥式定梁龙门加工中心可满足航空、航天、军工、机车车辆、模具、印刷机械等行业的需求。
MJ一860DT型双刀架四轴对置式数控车床是一种大规格、重载荷、高刚度、多轴控制的数控车床，适合兵器、航天航空制造业对大型工件(如高强度耐热钛镍合金钢类零件)进行中低转速下的强力切削，也适宜冶金、机车、造纸机械等行业对大型工件特别是长轴类零件进行高效、强力车削时采用。
TK68125A型落地式数控镗铣床可广泛适用于大中型柴油机、工程机械、汽车、船舶、航天航空工业的大中型复杂结构件加工，特别适用于对具有空间曲面的复杂零件高速、高效加工。
TK6913B型落地式数控镗铣床在高刚度方滑枕、数控可移动主轴组件、数控回转工作台、数控平旋盘、大型链式刀库、模块化开发等方面形成了自己的核心技术。
目前我国已经可以供应网络化、集成化、柔性化的数控机床。同时，我国也已进入世界高速数控机床和高精度精密数控机床生产国的行列。目前我国已经研制成功一批主轴转速在8000—10000r/min以上的数控机床。我国数控机床行业近年来大力推广应用CAD等技术，很多企业已开始和计划实施应用ERP、MRPII和电子商务。
1.1.2我国数控机床市场巨大
目前我国正处于工业化中期，即从解决短缺为主的开放逐步向建设经济强国转变，从脱贫向致富转变，煤炭、汽车、钢铁、房地产、建材、机械、电子、化工等一批以重工业为基础的高增长行业发展势头强劲，构成了对机床市场尤其是数控机床的巨大需求。据毕马威会计事务所分析，中国已经超过德国，成为世界第一大机床市场，数控机床已成为机床消费的主流。我国未来数控机床市场巨大，预计2010年数控机床消费仍将超过60亿美元，台数将超过10万台。专家指出，中高档数控机床的比例会大幅增加，经济型数控机床的比例不会有太大变化，而非数控的普通机床的需求将会大幅度减少。
国家计委投资研究所预测:“十五”期间，我国固定资产总投资额将达到22万亿元，年平均增长幅度为37%。按以往固定资产投资与机械市场消费之间的互动关系推断，“十五”期间，我国机械市场所孕育的商机高达320—400亿元。交通方面，“十五”期间仅西部铁路开发就将投入1000亿元，未来10年西部交通则将投资7000一8000亿元，车轮车床、2m大型锯床、螺旋焊管扩径机械等专用设备大有用武之地;水利工程未来5年将投资5300亿元，环保一期投资1888亿元，二期投资2600亿元，相应机械设备需求巨大；300家机械厂商将进行技改，求购数控机床数量十分可观。2004年，国内有模具厂约1.7万家，年产值约530亿元，所需的机械偏向于高精度、高效率、高速化铣削设备、虚拟轴机床、复合加工机及慢走丝线切割机等。
据报道，国家对装备制造业的投资将主要集中在航天、航空、船舶、汽车、兵器、机械和电子信息等行业。
航空工业的民用航空客机的转包和生产进一步扩大。与美国波音和欧洲空中客车公司转包生产客机零件量将大幅度增加；与国外合作生产和自行开发的军用飞机和军用直升机将进入批产。飞机机翼、机身、尾翼等和发动机零件的制造需要大批高速五轴加工中心、龙门移动式高速加工中心、精密数控车床、精密卧式加工中心、多坐标镗铣中心、精密齿轮和螺纹加工数控机床等。
汽车制造业是机床的需求大户，约占机床总消费的40%左右。我国汽车年产量的增加同时带动汽车零配件产量的大幅度增加。汽车制造业需要大批高效、高性能、专用数控机床和柔性生产线，如用于发动机加工的以高速卧式加工中心为主的柔性生产线、曲轴加工专用数控机床等。汽车零配件生产需求大批数控车床、立卧式加工中心、数控高效磨床和数控齿轮加工机床等。
兵器制造业需求数控机床更是量大面广，要求数控机床可靠、稳定。国产数控机床有很大的市场空间兵器制造业需求大批数控车床、立卧加工中心、五轴加工中心、龙门镗铣床、镗铣加工中心、齿轮加工机床等。
发电设备制造行业需要重型数控龙门镗铣床、大型落地镗铣床、大型数控车床、叶根槽专用铣床和叶片数控加工机床等，输变电设备制造行业需要数控车床、加工中心、数控镗床等。
冶金设备制造业重点解决连铸连轧成套设备的制造，需求大型龙门铣床、大型数控车床等设备。
我国铁路、公路、能源、水利、机场、城镇建设需求大量工程机械。工程机械制造业需求大批中小型数控机床如数控车床、中型加工中心、数控铣床和齿轮加工机床等。
近年，全国模具产值也有大幅增长。我国目前大型、精密、复杂、长寿命模具依然大量进口，模具市场主要集中在华东、华南，大约占全国销售额的75%。最近，江苏苏州地区已在规划筹建亚洲最大的模具制造基地。模具制造业需求高速数控铣床、三坐标测量机精密电加工机床、高精度加工中心、精密磨床等。
电子信息设备制造行业的装备99.5%依赖进口。该行业需求大批小型精密数控机床:如高速铣削中心、高速加工中心、小型精密车床、小型精密冲床、精密和超精密加工专用数控机床及精密电加工机床等。
1.1.3国内数控机床仍然较为落后
数控机床的重要组成部分有数控系统、刀库和机械手、数控刀架和转台、主轴单元(含电主轴)、滚珠丝杠副和滚动导轨副、防护罩和数控刀具等功能部件，这些功能部件的性能已成为整机性能的决定因素。数控系统由显示器、伺服控制器、伺服电机和各种开关、传感器构成。当然，普通机床发展到数控机床不只是加装系统这么简单，例如:从铣床发展到加工中心，机床结构发生变化，最主要的是加了刀库，还大幅度提高了精度。加工中心最主要的功能是铣、镗、钻的功能。目前世界最大的三家厂商是：日本Fanuc、德国西门子、日本三菱，其产品量大面广，但技术并不一定是最高的，其余还有法国Num、西班牙凡高等。
数控机床是利用二进制数学方式输入，加工过程可任意编程，主轴及进给速度可按加工工艺需要变化，且能实现多坐标联动，易加工复杂曲面。对于加工对象具有“易变、多变、善变”的特点，换批调整方便，可实现复杂件多品种中小批柔性生产，适应社会对产品多样化的需求。但价格较昂贵，需要正确分析其使用的经济合理性;数控机床利用硬件和软件相结合，进一步提高机床的加工精度、效率、自动化程度;数控机床是以电子控制为主的机电一体化机床，充分发挥了微电子、计算机技术特有的优点，易于实现信息化、智能化、网络化，可较易地组成各种先进制造系统，如FMS、FTL、FA，甚至将来的CIMS，能最大限度地提高企业的劳动生产率。
1.2中国滚动功能部件行业发展历程及前景展望
进入21世纪，我国装备制造业特别是数控机床及其关键功能部件产业迎来发展的黄金机遇。中央高度重视这个产业的发展，《国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》、《数控机床发展专项规划》给我国数控机床及其关键功能部件的发展指明了方向，将成为推动这个行业实现国产化、产业化的强大动力。 中国机床工具工业协会滚动功能部件分会就是在这股强劲的春风中迎来了20周年的生日。
1.2.1“功能”决定产品的命运
什么是滚动功能部件？笔者认为，以滚动摩擦为特征的传动、定位、导向、分度元部件统称为滚动功能部件。它包括各类滚珠丝杠副（精密、高速、大导程、冷轧、重载、超大型、微型、行星滚柱等）；各类滚动直线导轨副（滚珠、滚柱、圆弧型等）；滚动元部件类（滚珠花键、滚珠蜗母条、十字坐标工作台、精线性工作台、致动器等）；外围配套件（自锁器、制动器、联轴器、防护装置、高刚度专用轴承等）。它们与滑动丝杠、导轨，静压丝杠、导轨，齿轮齿条，液压缸驱动以及直线电动机等线性传动装置比较，有其特定的功能。其中滚珠丝杠副和滚动直线导轨副的功能可用示意图表示（见图1、图2）。必须指出：图示的功能并非垂手可得，惟有通过产品优化设计和采用先进的制造技术才能使其功能利用率最高，再通过技术创新进而得到功能的延伸和复合化。而克隆产品和低水平制造，功能利用率就低，这正是所谓高档与低档的本质区别。

图1滚珠丝杠副（Ball Screws）功能示意图

图2滚动直线导轨副（Linear Rolling Guide Assembly）功能示意图
滚动功能部件属于技术密集型、资本密集型、管理密集型产品，它具备标准化、系列化、通用化的特征，其最佳生产方式为高集中度的专业化、大批量生产。在装备制造领域，滚动功能部件不但是数控机床的关键零部件，而且，也是符合21世纪生态环保理念的绿色产品、机械制造业的重要基础元部件。产品的功能决定了它的价值和生命力，从某种意义上说，滚动功能部件的功能成就了滚动功能部件这个常青产业。在《专项规划》中，选择了包括滚珠丝杠副和滚动导轨副等9种功能部件作为发展的重点，是完全正确和必要的。
1.2.2 滚滚向前48个春秋的回顾
我国滚动功能部件产业的发展起步于20世纪的“大跃进”年代，是伴随我国精密机床、数控机床、机电一体化产品的发展而逐渐成长起来的一个新兴产业，在48年的发展历程中，经历了三个阶段，诞生了三类企业。进入21世纪后，又迈入了市场国际化、制造产业化、机遇与挑战并存的新时期。

（1）试制、开发起步阶段（1959~1972）
根据我国早期数控机床发展的需求，北京机床研究所、南京工艺装备厂、清华大学等单位在“大跃进”年代试制出我国第一套滚珠丝杠副。随后南京工艺装备厂于1964年组建了我国第一个滚珠丝杠车间，为数不多的几个单位开始小批生产，到70年代初，全国滚珠丝杠副的总产量仅几千套。这个阶段的特点是产品是仿制的，无统一标准，工艺落后，缺乏控制质量的检测手段。
（2）成长阶段（1973~1986）
在原机械部机床局的直接指导下，1973年诞生了第一个尺寸系列和质量内控标准，1982年我国加入了国际标准化组织下属滚珠丝杠工作组（ISO/TC39/WG7），同年第一批新标准问世，使产品由小批生产步入系列化、标准化、专业化批量生产。在国家改革开放政策的指引下，通过派出去（机械部1979年派出我国第一个赴日本NSK公司实习考察组）、请进来（先后邀请日本、美国、德国的专家来华技术交流），学习和借鉴国外先进技术，并引进了一批关键设备，促进了企业产品升级换代和工艺水平的提高。在北京机床研究所的组织下开展了与ISO标准的对口活动，并及时跟踪国外技术发展动向。1983年召开了“全国滚珠丝杠攻关协调会”。之后，北京机床研究所、华东工程学院等单位产学研结合完成了滚珠丝杠副摩擦特性、传动效率、刚度、Coa、Ca、寿命的初步研究，还研制成功反向器新结构新曲线、第一代滚珠丝杠副的测量仪器（包括：导程、行程、力矩的动态测量），攻下了一批“七五”、“八五”攻关项目。国家大力支持重点企业的发展，南京工艺装备厂和汉江机床厂、山东济宁丝杠厂等单位加大技改力度，在扩大产量的同时，开发出滚动直线导轨副、滚珠花键、坐标工作台新产品。这个产业的科研单位和制造企业扩大到20多家，年生产能力在10万套以上，初步形成了一个小行业。这个阶段的特点是：单位之间的技术和信息无私交流，真诚合作，是行业凝聚力最强的时期，是计划经济时代的第一个发展高潮。
（3）快速壮大阶段（1987~1999）
滚动功能部件协会先于中国机床工具协会于1987年成立，1990年全国机床标准化技术委员会又在主机之外率先增设了滚动功能部件标准化分会。这标志着这个产业逐步走向成熟和快速发展。“八五”期间国家将滚珠丝杠和滚动直线导轨列为重点振兴的“特定基础件产品”并加大了对重点骨干企业的支持，引进一批先进的工艺装备使制造技术水平得到提高。在标委会的组织下，制定了一批与国际接轨的标准，1993年出台了第一套滚动直线导轨的标准；1998年出台了第一套与国际标准ISO3408－1~3接轨的滚珠丝杠副国家标准（GB/T17587.1~3）。在贯标中诞生的一批大型专用检测仪器（例如：JCS－014B、JCS－040、HJY028等），使专业生产的产品质量得到提高。1994年广东新会凯特公司的成立使我国滚动直线导轨副的专业生产又向高起点迈出了一大步。华中理工大学在滚动直线导轨副的基础理论、设计计算、性能试验等方面做了大量工作，对提高产品性能、质量，推动产业化发挥重要作用。在这之前已有4家企业投资技改上马生产这个产品。这个阶段全国生产滚动功能部件的企业迅速增加到40家以上，产量每年以大于25%的速度增长，全国的生产能力达25万套/年以上。滚动功能部件协会成立后，对推动产业的发展发挥了重要作用。一方面，在制定发展规划、推动贯标、市场价格、组织参展、技术交流、企业关心的共性问题等做了大量工作；但另一方面却对推动企业联合，抑制重复投资、盲目上马显得无力和无奈。这是在我国由计划经济向市场经济转轨时期滚动功能部件产业发展的第二个高潮。
进入21世纪，海外跨国公司和知名企业借中国加入WTO的机会纷纷抢滩中国的大陆市场，处于发展时期我国滚动功能部件民族工业与海外同行进行着激烈的竞争。高端失守，低端混战，挑战与机遇并存。在国产CNC机床和装备业市场需求的拉动下，一方面重点骨干企业正朝着产业化方向做强做大；另一方面，又有一大批以民营企业为主体的中小企业加盟了这个产业。据不完全统计，2006年底，滚动功能部件的企业大约有80余家，年生产能力20亿元左右，中低档滚珠丝杠副的国内市场占有率约62％，滚动直线导轨约40%。
如果把这个产业的制造厂家按企业性质、规模，以及发展情况，大致可分为三类：
① 伴随我国精密机床、数控机床发展壮大起来的核心企业群。
②注入外资或合资企业群。
③以民营企业为主体的新生企业群。
这三类企业的基本状态详见附表：

纵观我国滚动功能部件产业的发展历程，从产业规模看：虽然与整个机械行业甚至与轴承行业相比它是一个很小的行业，但是从全球观察我国却是制造滚动功能部件的企业最多，从业人数最多的国家，但集中度很差，地域分布很不合理；从产品技术水平看：我们处于发达国家知名跨国公司名牌产品之下，发展中国家之上，位居中上水平。虽然，我们的民族工业也有自己的优势产品和核心技术，但自主创新能力还是较低；从竞争力上看我们的产品含金量较低，高档产品不如人家，缺少名牌，国际竞争力不强；从发展速度上看：与海峡彼岸相比，他们起步比大陆晚20多年，但后来居上，大陆则发展较慢。此外，在专业生产的信息化管理水平、大批量生产的工艺水平、企业职工的综合技术素质等方面距产业化的要求还有较大差距。
路漫漫其修远兮，吾将上下而求索
我国的滚动功能部件产业是植根于神州沃土、土生土长的民族工业，在48个坎坷岁月中诞生了一批产业的精英：为我国数控机床发展作出重要贡献的南京工艺装备制造有限公司是我国最早从事滚珠丝杠量产的企业。“七五”、“八五”、“九五”国家投资引进了一批先进设备，产品的品种、规格、系列和产量都位居行业的前列，正在向现代化、产业化阔步迈进。汉江机床有限公司后来居上，两大主业良性互动，自力更生，艰苦创业，闯出一片艳阳天，产品质量和数量都位居前列，为我国民族工业树立了一面光辉旗帜。加盟秦川集团使汉江的发展后劲更足，无论是滚动功能部件或是螺纹加工装备都正在从“made in China”向“created in China”方向挺进。广东高新凯特公司是产学研结合的成功典范，科技推动产业化使新产品开发和产品质量有坚实的基础，“高起点、高性能、高质量”使高新凯特在滚动直线导轨方面处于国内领先地位。山东济宁博特精密丝杠有限公司历经40年，1986年从“三杠到BS”的产业调整，在省厅和济宁市的扶持和北京机床研究所的技术帮助下，企业旧貌换新颜。2002年改制激活了企业，产学研结合迅速推出了一批包括精密电主轴和高速精密滚珠丝杠副及测试装置在内的成果。2006年迁厂为精益生产和产业化创造了有利条件，使该公司已成为行业的“四大金刚”之一。北京机床研究所是我国最早从事内循环滚珠丝杠副的开发、试验研究和研制高精度大型专用动态检测仪器的科研单位，是国内最早研制成功大导程滚珠丝杠副和高速精密滚珠丝杠副及检测仪器的单位，在激光反馈校正技术、激光动态测量技术及其产品处于国内领先地位。原机床所滚动功能部件研究室曾担负这个行业的归口管理工作。在20世纪行业发展的三个阶段中对推动行业技术进步，促进交流，曾发挥重要作用在振兴东北老工业基地中诞生的大连高金数控集团公司，从2004年开始高起点、高标准、大手笔，成套引进了一批生产滚珠丝杠和滚动直线导轨的新一代的高档工艺装备。依托优势，厚积薄发，新世纪杀出的这匹黑马成为行业中最具装备实力的后起之秀，她将成为在渤海湾与国际跨国公司抗衡的新军团。
在民族工业企业群中，还有西北机器厂滚珠丝杠厂、上海中恒导轨有限公司、济宁华珠机械有限公司、贵州平水滚珠丝杠有限公司、陕西航空宏峰公司、南通精华、江苏瑞安特等公司。
我国滚动功能部件产业在以下几方面具有比较优势：
①传承了几十年精密螺纹制造技术的经验，在螺纹磨削的激光反馈校正技术、光栅反馈自动校正技术、CNC误差智能补偿技术、导程和行程误差自动检测技术及仪器等方面拥有我国自主知识产权并处于国际先进水平。行业中的骨干企业滚珠丝杠的制造精度2m以内可以达到最新国际标准ISO3408－3－2006中的P0级和P1级，其所使用的测量仪精确度很高。这类仪器我国基本不进口。
②拥有一批大型稀有专用装备，例如：S7450×5m丝杠磨床、SK7450×10mCNC超大型丝杠磨床、SK7450×9mCNC超长滚珠丝杠磨床、CNC滚动直线导轨磨床（4m、6m）、CNC中频淬火机（6m、8m）、5m、8m水冷处理设备、滚珠丝杠副导程（行程）误差测量仪、滚动直线导轨副综合精度测量仪等，这是我们国家的国宝。与海外同行相比，我国的重型、超长滚动功能部件无论在产能上还是在性价比等方面都具备了比较优势，为我国大型装备的国产化创造了十分有利的条件。
③重点骨干企业都有自己的滚研所和研发中心，近年技术创新和新产品研发已取得长足进展。例如：v=50~70m/min，加速度（0.5~1.0）g的高速精密滚珠丝杠副及综合性能检测仪器；行星式滚柱丝杠；全电动注塑机用高负荷滚珠丝杠副；12m超长滚珠丝杠副；高刚度滚柱直线导轨副；圆弧滚动导轨；用于核电站、太空仓、导弹航导系统等特殊工艺的高性能、高可靠性滚珠丝杠副等新产品，它们在某些领域已经或即将替代进口。
④滚动功能部件的绿色制造迈出了可喜的第一步。例如：滚珠丝杠和滚动直线导轨副的循环反向器正在逐步推广省材、省工、高效、绿色制造技术——MIM金属粉末注射成形；CNC螺纹旋风硬铣技术及装备正在落户中国；GCr15钢60HRC高速硬车削技术；免维修自润滑式滚动功能部件新产品等等。
⑤我国滚动功能部件生产的劳动力、原材料、固定资产成本远远低于国外，具有性价比的优势。在产品的售后服务方面，国外受地域和语言的制约，使我们更具有得天独厚的有利条件。
在科学发展观的指导下，把滚动功能部件民族产业做强做大
《国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》对我国机床产业提出了发展方向；发展大型、精密高速数控装备和数控系统及功能部件，改变大型、高档数控机床大部分依赖进口的现状，满足机械、汽车、航空航天等领域的发展需要。在《数控机床发展专项规划》中，把实现关键功能部件的产业化，使功能部件配套齐全，自给率达60％作为2010年的发展目标之一。
很显然，在国家意志的推动下，自主创新、国产化、产业化将成为今后我国滚动功能部件发展的主旋律。全方位地回顾、扫描滚滚向前的印记，使我们获得许多宝贵的启示。只要我们认清形势、抓住机遇、找准差距、理顺矛盾，就一定能够把滚动功能部件的民族产业做大做强。为此，提出以下建议：
①我国产品与国外的主要和需要下大力气才能赶上的差距是内在质量和性能指标，而攻克核心技术的关键是自主创新、强化基础理论和性能试验的研究。因此，要舍得投入，尽快啃掉影响产业发展的两根软肋——狠抓“人才工程”和基础工作，这是产业发展的根基和百年大计。
②按照《若干意见》的要求，尽快研制出一批高档产品，以满足我国发展大型、精密、高速数控装备的配套需求，要缩短研发、试用周期，实现商品化，推向市场，替代进口，夺回“高端失守”的阵地。 政府应出台相关政策，鼓励国内主机厂迈入“首台首套”的门坎，支持国产高档功能部件的发展。
③用高效、绿色制造技术和装备改造传统的生产工艺。例如在滚珠丝杠制造中推广高速干切削、硬切削技术、CNC旋风硬铣削技术、精密冷轧成形技术；在滚珠螺母制造中采用CNC内旋铣技术、CNC车铣中心、CNC内螺旋磨削中心复合加工技术；在反向机构的制造中推广金属粉末注射一次成形MIM技术；在热加工中推广节能降耗清洁生产技术等。
④在滚动功能部件产业链的互动中，实现产业的整合，管理的创新，用信息化促进产业化。
滚动功能部件产业链是由二次配套企业、专机制造企业（上游）和终端用户群（下游）共同组成（见图3）。这个产业自身要妥善解决集中度很低、影响产业健康发展的瓶颈，面对国外知名大公司由商品进入到资本输入、由代销代理到合资独资办厂的严峻现实，我们要有忧患意识，为了民族工业的生存和发展，行业各企业必须联合起来，变“竞争”为“竞合”，实现优势互补，资源共享，互利双赢，和谐发展，共同打造我国滚动功能部件产业的航母。这个小行业虽然厂家众多，如果没有几个有实力的企业集团，很难撑起产业化的民族工业大旗。企业集团有利于发挥核心骨干企业的主导作用，推动中小企业共同发展；有利于实现技术资源生产要素的优化配置；有利于开展国际合作并在国际竞争中处于有利地位。
产业链的下游是装备制造各行业的主机用户群。滚动功能部件的生产应与用户建立紧密的战略伙伴关系，在“全过程服务”中，吃透主机的总体功能，帮助用户正确选用、合理安装使用，使滚动功能部件的“功能”在主机中得到充分发挥。在主机新产品开发时，从一开始就介入合作，两者同步开发，使开发出的新产品有市场，能更快商品化。
在当今信息化时代，要使产业链实现良性循环，必须采用信息化的管理手段，通过信息集成、营销集成、决策集成、上游下游集成，以信息化推动产业化。

图3 滚动功能部件产业链示意图
⑤在经济全球化、市场国际化的今天，有实力的企业要勇于把自己定位在“世界供应商”的位置，无外不强，要“立民族志气，创世界名牌”，在提高商品质量和可靠性的基础上，充分运用WTO规则扩大出口，你进我出，敢于“与狼共舞”、熔入世界经济。其实，我国的滚动功能部件具有许多出口的有利条件；产品互换性较高，标准已与国际接轨，消除了贸易壁垒；许多发展中国家无力生产，有较大市场空间有性价比的优势；产品存放运输较容易 ，出口成本较低；售后服务便于操作，若产品可靠性好，则服务工作量较小。虽然从1982年开始南京、汉江等企业就有出口业务，但份额小没有形成气候。通过出口促进产品升级换代，推动技术引进，还可获得更多的技改资金，何乐而不为！？
⑥历经四十八个春秋的我国滚动功能部件产业曾经并继续为我国数控机床和装备制造业的发展做出了贡献，正是这个民族产业的存在和壮大使进入大陆的同类产品面对不可低估的抗衡力量。面对风云万变的国际环境，我们的政府主管部门要像西方国家那样加大对战略产业的扶持力度，在加强对外交流与合作的同时，要谨慎对待垄断性跨国并购，绝不能让跨国公司把我国民族工业的核心企业给“合”掉了，沦为他们的加工基地和配套厂。对于降低或免征进口关税这个十分敏感的问题，要慎重处理，既要使我国尚不能制造的高档产品通过关税调控引导适量进口，又不能盲目降税伤害民族产业的发展。在对主机新产品的评定中建议增加“国产功能部件和数控系统的采用率”这样的指标，借以推动在能满足主机精度和性能要求的前提下首选国产。
1．3 直线导轨和滚珠丝杠的发展趋势
我国滚动功能部件行业生产不集中、产品品种单一、含金量偏低、尚无一个在国际上有影响力的知名品牌，已成为国产数控机床发展的瓶颈。因此，加快实现我国滚动功能部件产业化很有必要。
滚动功能部件产品包括：滚珠丝杠副、滚动直线导轨副、滚珠花键、滚珠导套、直线运动部件、坐标工作台、自锁器等。它们以"滚动"为特征，具有高效省能、精密定位、精密导向、对CNC指令反应快速以及传动的高速性、同步性、可逆性等功能，是数控机床和机电一体化产品不可替代的关键配套件，也是符合21世纪生态、环保理念的重要基础零部件。它们产品虽小，却集成了精密零部件制造的许多关键技术。由于它们的标准化、系列化、通用化程度很高，又有广阔的市场，十分有利于组织专业化大批量生产。
1.3.1行业现状
目前我国滚动功能部件生产企业有50家（不含台湾省），研究院所、高校共3家，企业附属研究机构3个。生产滚珠丝杠的企业有48家，年产值可达6.5亿元，生产滚动直线导轨的企业有6家（其中4家同时生产滚珠丝杠），年产值可达1.5亿元。在50家企业中，生产规模大、工艺装备较齐全、产量大、品种多的企业有6家，其余绝大部分企业规模小、产量不高、产品品种单一。
国产滚动功能部件在装备制造业中已应用于多个领域：上至"风云二号"卫星、导弹制导系统、太空舱空间传动装置、雷达装置、空港设备，下至各类数控机床、IT产业、冶金设备、铁道车辆、核电站、塑料机械、医疗器械等。
从全球范围看，我国滚动功能部件产业虽然是制造厂商最多的国家，但生产不集中、分布不合理、总产量和产值不高，除少数重点骨干企业的部分产品达到或接近国外水平外，多数企业只能生产中低档产品，且品种单一、含金量偏低，至今尚无一个在国际上有影响力的知名品牌，尚无一家上市公司。
我国滚动功能部件产业与国外的主要差距是：专业生产水平不高；信息化管理滞后；产业化进程缓慢；个性化服务跟不上。从产品总体水平看，我们处于发达国家名牌产品之下，发展中国家之上的中偏上水平，中低档产品与国外同类产品差距较小或基本持平，但生产效率却远远低于国外。而高性能、高档次的产品（高速、高精度、特高精度、低噪音等）与NSK、THK、Rexroth等知名企业有明显差距，成为制约国产高档数控机床发展的瓶颈。
1.3.2 国外发展趋势
国外滚动功能部件产业的总体水平和产品发展走势有以下特点：
---生产规模大，信息化管理水平高，以大规模集约化制造的成本和速度，提供全方位满足用户个性化需要的众多系列产品。
第2章 概述
2.1 导轨
本设计采用的导轨为HIWIN导轨，它是一种滚动导引，它由钢珠在滑块与滑轨之间作无限滚动循环，使得负载平台能沿着滑轨轻易的以高精度作线性运动，其摩擦系数可降至传统滑动导引的1/50，使之能轻易地达到μm级的定位精度。滑块与滑轨间的末制单元设计，使得线形滑轨可同时承受上下左右等各方向的负荷，专利的回流系统及精简化的结构设计让HIWIN的线性滑轨有更平顺且低噪音的运动。
2.1.1HIWIN直线导轨优点
（1） 定位精度高
使用直线导轨作为线性导引时，由于直线导轨的摩擦