数控机床导轨设计_之三_.pdf

琴尹宝巨扳,第四讲数控机床导轨设计之三大连理 工大学赵德梦戴曙摘要介绍了在数控机床应用较多的直线运动滚动导轨副的结构、工作原理、配五、精度和预紧。滚动 导轨的受力分析、滚动导轨支承的寿命计算。数控机来 导轨型式的选择。关键词直线滚动导轨副滚动导轨块额定动载荷平均载荷工作载荷四、直线运动滚动支承直线运动滚动支承就是滚动导轨。它的优点是摩擦系数小于动、静摩擦系数很接近,不会产生爬行可以用脂润滑。缺点是抗振性较差,对污染很敏感、必须有可靠的防护。数控机床动导轨的行程一般较长,因此,滚动体必须循环。常用的有直线滚动导轨副和滚动导轨块。前者一般用滚珠做滚动体,后者用圆柱滚子。滚动导轨块主要用于载荷较大和刚度要求较高的地方。直线滚动导轨副直线滚动导轨副的工作原理,见图。导轨条是支承导轨,安装在支承件如床身上。今今今滑块的直线滚道内滚动。当滚珠滚到滑块的端点 图为左端,就经合成树脂制造的端面挡板和滑块 中的回珠孔回到 另一端,经另一端面挡块再进入循环。四组滚珠各有 自己的回珠孔,分别处于滑块的四角。四组滚珠和滚道相 当于四个直线运动角接触球轴承。接触角一。时,四个方 向上下左右 具有相 同的承载能力见图。由于滚道的曲率半径略大于滚珠半径,在载荷的作用下接触区为椭圆见图。,接触面积随载荷的大小而变化。可从油嘴注入润滑脂,润滑导轨副。密封垫和用以防止灰尘进入。国产型直线滚动导轨副是四方 向等载荷型,有、两种尺寸系列,基本上以导轨条的宽度表示规格的大小,每个 系列中有从共种规格。图直线滚动导轨副滚珠回珠孔、密封垫端面挡板滑块油嘴导轨条滑块装在移动件如工作台上,沿导轨条作直线运动。滑块中装有四组滚珠,在导轨条和图直线滚动导轨副的配置导轨条动导轨体滑块直线滚动导轨副包括导轨条和滑块两部分。导轨条通常为两根,装在支承件上,见图。每根导轨条上有两个滑块,固定在移动件动导轨体上。如动导轨体较长,也可在一根导制造技术与机床轨条上装个滑块。如动导轨体较宽,也可采用根导轨条。在两根导轨条中有一条是基准导轨条,在产品编号中最后 一位用“”字来表示。图中右侧导轨条是基准导轨条。装配时将它放于支承导轨体上,用螺钉初步固定,在定位面靠实后图中用螺 钉顶靠,也 可用活动虎钳夹靠,再将一组螺钉交叉拧紧。在安装非基准导轨条时,要保证与基准导轨平行,调好紧固后,再放上防尘盖。滑块在动导轨体上 的安装,要用螺钉使 定位面靠 紧后,再将其固牢,然后再调整拧紧另一滑块。调整。直线滚动导轨副的预加载荷共分四种情况重预载尸。,预载力 为为额定动载荷中预载尸一普通预载尸一最后一种尸。无预载,留有 间隙,根据规格 的不同,保持拜的 间隙。普通预 载尸用于精度要求高、载荷轻 的地 方,如磨床的进给导轨、工业机器人等。中预载尸用于对精度和刚度均要求较高的场合,如一般数控机床导轨。重预载尸。多用于重型机床。间隙尸常用于辅助导轨、机械手等。滚动导轨块图是滚动导轨块。导轨块用螺钉固定在动导轨体上,滚动体在导轨块与支承导轨之间滚 动,并经两端的挡板和及上面的返回槽返回,作循环运动。图直线滚动导轨副的装配动导轨体防尘盖固定螺钉定位螺钉支承导轨体直线滚动导轨副的精度分为、级,级最高,依次降低。它的检验项目有滑块顶 面中心对导轨基 准 底 面 的 平 行度见 图与导轨基准同侧的滑块侧面对导轨基准侧面的平行度,见 图滑块上顶 面与导轨 基 准 底面之间高度的极限偏差见 图,当安装多个滑块时还要检测的变动量与导轨基准侧面 同侧的滑块侧面与导轨基准侧面 间距离的极 限偏差见图,当安装多个滑块时还要检测,的变动量,此 两项只适用于基准导轨。上述精度已有部颁标准。规定了导轨条长度从一共个分段的一级的公差值。以以以父父酬酬酬几几牛价涂次决决卿卿向图直线滚动导轨副的检验整体型的直线滚动导轨副,由制造厂用选配不同直径钢球的办法来决定间隙或预紧。用户可根据对预紧的要求订货,不需要 自己年第期图滚动导轨块固定螺钉导轨块动导轨体滚动体支承导轨带返回槽挡板滚 动导轨块用滚子作滚 动体,所以承载 能力和 刚度都比直线滚 动导轨副高,但摩擦系数略大。目前应用较 多的滚动导轨块有一和型两种系列,有专业厂生产,可以外购。与滚动导轨块相配的支承导轨是不能外购的。支承导轨要采用镶钢导轨,表面淬硬至以上,淬硬深度不小于,表面粗糙度不超过拌。为使导轨块受力均匀,动导轨安装滚动导轨块的基面与支承导轨面的平行度公差,应控制在以内。为避免导轨块在运动中的侧向偏移和打滑,滚子轴线的倾斜精度应控制在以内,定位精度越高,对倾斜精度的要求越严。为了保证导轨块工作时载荷均匀,要求滚动导轨块的高度具有等高一致性。在一系列 型号 中的公 称尺寸是滚动导轨块的长度在系列的型号中是滚动导轨块的高度。滚动导轨块的精度是根据高度见图的公差带划分的。分为、四级,级最高。各级公差级 为拜,级为拼,级为拼级为拌。为了便于选择和搭配,其公差的位置,在级中分成组,级 中分成组,以保证滚动导轨块高度 的一致性。日日日服服扑扑扑丰丰卫卫材华得得戳戳口习一上,一逊犷焦焦动导轨块,再验算寿命是否符合要求。最后进行导轨的结构设计。受力分析对于中、小型数控机床的载荷,以切削力为主,工件的重量、动导轨部件 如刀架的重量相对较小,在受力分析时可以忽略不计。对于大型机床,工件较重,切削力较大,动导轨部件的重量也较大。因此,在进行受力分析时,必须同时考虑切削力和重量的影响。下面以图所示的中、小型数控机床的动导轨为例,分析受力情况。采用两根导轨条,每条导轨有两个滑块。图中,。、,和,为切削力、进 给力 和背向力,为牵引力,、。、和,二、二、丁、二分别为四个 滑块 的支反力。图滚动导轨块的预紧螺钉调节楔铁油孔滚动体为了保证滚动导轨块 所需的运动精度、承载能力和 刚度,也可以进行预紧。预紧方式可通过在动导轨体与滚动导轨块之间放置垫片、弹簧和楔铁的方式进行。图是采用楔铁方式进行预紧的滚动导轨块。通过调节两个螺钉一推一拉 来调节楔铁的位置,达到所需的预紧程度。预紧力一般不超过额定 动负荷 的。如果预紧力过大,则容易使滚子不转或产生滑动。润滑油从油孔进入润滑滚动体。由于滚动导轨块只能承受一个方向的载荷,对于开式导轨则需装个滚动导轨块。竖直方向个 两条导轨、每条 两个,水平方 向个。如采用闭式导轨,则还需在两条压板上各装两个,共需个滚动导轨块。以卜一旱卜一花一七小小小冰冰乙乙五、滚动导轨的计算图滚动导轨受力分析可以根据力的独立作用的原理,分别考虑、,、户对每个滑块的影响,再将每个力对同一滑块所施加的载荷相加,求出各滑块的受载。首先考虑进给力,的作用。对点取矩,可得尸,尺,尺二,尺,一尺一乡尸一一了、一一,一一“一、一了、一滚动导轨的设计,主要是根据导轨的工作条件,选择直线滚动导轨副或滚动导轨块的型号、数量,并进行合理的配置。首先要计算直线滚动导轨副或滚动导轨块的受力。再根据导轨的工作条件和寿命要求计算动载荷,依此选择直线滚动导轨副或滚动导轨块的型号 或者根据导轨的工作条件,选择直线滚动导轨副或滚,一十二二,二一二一是,乙石一同理,对点取矩,可得一一鑫,一一金,用 同样的方法,求出切削力和背 向力,对每个滑块的作用力,列入表。将每个滑块制造技术与机床,、和对滑块的作用力一一一一一连盖一。下丁厂户、心金,一会,了、专金,宁一会,凡一装四个时一“介载荷系数。无冲击振动簇时一一轻冲击振动在一之间时一有冲击振动时一如果寿命以小时计,则、一了一一一艺一卫一受力相加,可得计算载荷工作载荷。直线运动滚动支承的计算滚动支承的计算与滚动轴承计算相仿,以在一定的载荷下行走一定的距离,铸的支承不发生点蚀为依据。这个载荷就称为额定动载荷。行走的距离,就称为支承的额定寿命。对于用滚珠的直线滚动导轨副,额定寿命为用圆柱滚子 的滚动导轨块,定为。滚动导轨支承的预期寿命,除与额定动载荷和导轨的实际外 工作载荷有关外,还与导轨的硬度、滑块部分的工作温度和每根导轨上的滑块数目有关。对于直线滚动导轨副,介介、一气一牙少尸对于滚动导轨块一式 中行程长度,每分种往复次数如已选定支承的型号已知,可据此计算预期寿命。如给定预期寿命,可由计算,再用式一或一计算额定动载荷,据此选择支承 的型号。如静载荷较大,则应保证新选用的额定静载荷。不小于工作静载荷的倍。在 实际工作 中,工作载荷是变动 的,如果变动的范围较大,则应求出平均载荷。变动载荷可归纳为三种情况,即可分为阶段式变化、单调式变化和按正弦曲线变化三种。图表示了载荷按阶段式变化 的线图。平均载荷。为几一几一斤、迎景二共户竺言一占一、,滚动支承的预期寿命,额定动载荷,查样本每个滑块或滚动导轨块的工作载。一撅两,。,。,。、不厂厂万石卜厂芝石州 卜 卜厂孟石二少石介硬度系数。与导轨条或支承导轨面的硬 度 有关。当时,几时几时,九介温度系数。工作温度为时,介时,介时,介接触系数。每根导轨条上装有两个滑块或每条导轨装有两个滚动导轨块时,一装三个 时年第期一式中凡变动载荷,。承受。时行走的距离,总行程长度,如载荷按单调式变化,见图,为一一、一言一“一式中二最小载荷,二最大载荷,如载荷按正弦曲线变化时,又分为两种情况。如为图。的状况。七二一如为图的状况,七二一中,式荷当工作载荷变动较 大时,应求出平均 载荷。,用。计算寿命。贴塑料软带的滑动导轨和自动调节的气压卸荷导轨或采用直线滚动导轨副的滚动导轨。对于、重型的数控机床,多采用卸荷和静压滑动导或采用滚动导轨块的滚动导轨。参考文献戴曙 主编金属 切削机床北 京机械工 业出版社,大轨编才 豪阵总行 走的即离霉澎气霖少月息 万走 雨即离州戴曙主编机床滚动轴承应用手册北京机械工业出版社,戴曙主编机床设计分析北京国家机械委北京机床研究所,南京工艺装备制造厂直线滚动导轨副株式会社直线运动系列卜全文完第一作 者 赵 德梦,大连市 大连理工 大学机械系机床教研 室,邮编、稼娜尸州一一川稼燕图载荷图谱六、导轨的选择编样刘茄责收稿日期一一对于中、小型数控机床,多采用在动导轨上书讯机床、铸锻机械及工具产品选用手册由机械工业部组织全国各主要生产企业共同编写的产 品选用工具书机床、铸、锻机械及工具产品选用手册,年月份由出版社正式出版。全书共多万字,分上下两册,精装封面,是一部全新、实用、面广、大的产品选用工具书。上册包括金属切削机床、电加工机床、机床附件、铸造机械、锻压机械,共大类,产品多种下册包括 工具、具、仪、共大类,产品多种。列入手册的近种产品,均是各生产企业及科研单位经技术引进、改进设计及工艺攻关后,目前正在生产的最新优质产品及质量可靠、用户欢迎的优秀传统产品。内容不仅包括一般产品样本上提供的产 品型号规格、技术参数,还增编了产品的结构特点、应用范 围、选用原则、外形安装尺寸、使用调整和维护要求等。定价每套元 含邮费,订购地址北京安 内国子监街丁号,机床杂志社卢铜。新编机械工程师手册陈榕林、陆同理主编,本手册适用广大机械工程技术人员的急需而编写的高层次工具书,提供高新技术内容和常用设计与制造资料。为突出高新技术,编辑了现代工程材料、技术、控制工程、测试技术、表面技术等内容。为体现高效率,收集了企业管理及经济分析的资料和数据,紧紧围绕开发新产品,引进外国技术,改进老产品,选辑了近代设计基础资料、现代设计方法、结构设计以及近代加工方法等。本手册立题新颖,适应国情,准确实用,卷小面广,易携便查,是工程技术人员的得力助手。全书万字,开本,精装,定价元。欲购者请将书款汇寄至北京市东城区国子监街丁号,机床杂志社卢铜收,邮编。制造技术与机床