滚动直线导轨设计及相关技术研究【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 滚动直线导轨设计及相关技术研究 摘要 ： 就目前来说，世界的制造加工业对机床的加工要求越来越高，也就是对机床的各项性能都有更高的要求。比如说：高速度、高刚度和高精度。机床的发展水平是衡量一个国家工业的重要标志。机床主要由主轴和导轨两部分组件构成，而导轨的重要性要更强，其中直线滚动导轨占有很大优势，被普遍应用于数控机床和其他的行业中。 本课题主要研究了机床的整体布局结构，轨道的直线度分析，还有滚珠丝杠的刚度计算，现在分别详细的介绍一下： (1）首先，在通过阅读国内外的文献，了解了机床的整体结构后，本文先确定了 机床的整体布局方式，然后对机床导轨性能进行分析；对溜板箱的计算设计，对滚珠的长度和数量的进行了相关的设计。 （ 2）其次，对导轨的直线度进行分析，通过对直线度的定义分析，综合对比选择直线度的测量方法和评定方法。 （ 3）最后，对滚珠丝杠的刚度进行计算，通过对滚珠丝杠、丝杠轴、螺母和支撑架的轴向刚度通过算式进行计算分析，计算了滚珠丝杠的承载能力，以更好地配合直线导轨。 关键词 ： 滚动直线导轨，直线度，滚珠丝杠，选型 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 s of of of is an to a s of of to be in it is NC of of as as in (1)by at to of of of on of of to (2)of is by of of (3)of is by of is by to of to 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 摘要 . . 目录 . 绪论 . 1 题的研究背景 . 1 内外滚动直线导轨的研究现状 . 1 内的研究现状 . 1 外的研究现状 . 2 究的内容及意义 . 2 究的内容 . 2 究的意义 . 3 2 机床滚动直线导轨整体设计 . 4 床的整体布局 . 4 轨的性能分析 . 4 要零部件的设计 . 5 板箱的设计 . 5 柱的长度设计 . 5 柱的数量 . 6 3 导轨的直线度分析 . 8 线度的定义 . 8 线度测量方法 . 9 线度评定方法 . 9 4 滚珠丝杠的刚度计算 . 11 珠丝杠的轴向刚度计算 . 11 杠轴的轴向刚度 . 11 母的轴向刚度 . 12 撑轴承的轴向刚度 . 12 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 结 . 12 总结 . 13 参考文献 . 14 致谢 . 16 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 1 绪论 题的研究背景 随着新中国的改革开放，我国在科学技术上以借鉴为主要的发展动力。近四十年来，国内的制造业规模突飞猛进。但是制造业的技术相较于发达国家仍有巨大的差距，国际的顶尖高端技术产品我们没有知识产权，只能依赖反求工程制造高仿，或者付出昂贵的代价购买国外的产品，加上国际制造业的垄断。我国制造业 向技术型产业的转变举步维艰。 这个世纪，随着国内技术的提高和大量人才的引进，制造业正迎来新的变革。制造业由粗放型向技术性的转变，首先就是产品的加工精度。而滚动直线导轨作为新兴的导向部件，动静摩擦系数非常的小，定位精度又要求非常的高，相应速度快，实现其高速的精确的运动。滚动直线导轨已大批量用于机床的各个部分。采用滚动直线导轨能保证机床的加工精度，并且可以提高效率。滚动直线导轨已被广泛应用在人们生活的各行各业中。 就目前来说，欧美等少数发达国家具有生产加工高质量导轨能力的企业，国家的扶持和国内的需已经加快了 国内的企业投资，但国内的滚动直线导轨制造还是以反求工程为主，也就是对产品的高仿，产品的承载能力、运动精度均不达标。其根源在于理论欠缺、起步较晚，研究方法远远不够。 内外滚动直线导轨的研究现状 内的研究现状 我国从上世纪 80 年代才开始进行滚动导轨副方面的研究，由于国内缺乏自主研发能力，产品质量与国外的相差很大。最近三四十年，国内加大了对滚动导轨的重视，扶持相关产业，但是依然有很大的差距。在国内，生产的滚动直线导轨质量参差不齐、生产成本非常高、规格不够齐全，生产效率非常低，并且拥有先进生产能力的公司屈指可数 ，根本不能与国外相媲美。 国内关于滚动导轨的理论研究开始于上世纪 80 年代，其中， 1986 年南京研制出了型号为 径向型滚动导轨副标志着我国开始自主研发，标志着我国开始制造滚动直线导轨。目前，关于滚动导轨的可研究的内容越来越多，包括滚动导轨的性能分析、运行平稳性、结构优化、精度、导轨的加工等等，国内下一买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 步的研究正在向更深度发展。 其中，华中科技大学对滚动导轨的静刚度进行了研究，得到了一种新的导轨刚度计算方法；东南大学主要对滚动导轨的结合面进行了研究，也获得了相当的结果；东北大学和西安理工大学也对滚动导 轨的结合面进行了研究，但研究的结果重点有所不同。前者主要研究了导轨的静、动刚度，后者主要对导轨结合面的变形进行了研究，提出了变形数学计算的一般公式。 综上可知，国内对滚动导轨的设计生产、精度分析、寿命分析都投入大量的精力，滚柱导轨的研发必定走向成熟。由于我国在研发方面先天不足，因此更应该加速对其的研究 13。 外的研究现状 当下，国外发达国家在滚动直线导轨的生产制造方面较强，日本的直线滚动导轨产量达到世界的 50%，但他们却导轨的研究资料处于高度的保密状态。总的来说，国外对滚动直线导轨的各个方面基 本上都进行了研究，并获得了一定的成果，这些成果都有助于滚动导轨的发展： 日本学者对导轨进行了刚度的分析，他们研究了究导轨的刚度改变；有人还提出了导轨的刚度与所受外载的关系，并将这定量化、具体化。根据研究结果，他们还研究了导轨平稳性、定位精度等与导轨不同预载的关系。国外学者也研究导轨的额定寿命。日本学者对导轨寿命进行研究。他们总结出了导轨的寿命通用计算公式，和特定场合的寿命计算公式。 日本学者对导轨摩擦也进行了研究，得到了导轨摩擦力的数学模型导轨的润滑和精度方面也有人研究，德国学者对导轨振动做了研究，总结出 自己的模型。其中德国的阿亨工业大学，它对滚动导的静态特性和动态性能进行了许多实验研究研究。 总之，国际上的学者对滚动直线导轨的方方面面都进行了研究，并且都取得了一定的成果，他们的研究水平也是远超国内的水平。 究的内容及意义 究的内容 本课题结合国内工科院校对滚动直线导轨的研究成果，主要对一种滚动直线导轨进行零部件的设计、轨道副的性能分析、精度研究、刚度分析和安装的技术买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 研究，主要研究内容包括以下几个方面： （ 1）结合国内外轨道的发展现状，完成机床滚动直线导轨的总体设计和主要零部件的设计与选择； （ 2）对 轨道副进行性能的分析，通过对其进行概念设计，对其的进行静态分析； （ 3）对导轨进行精度分析，在导轨设计加工中提高导轨精度，对导轨进行研磨加工； （ 3）对主轴接触刚度及预紧进行研究；以便对导轨的相关的部件进行以后的分析； （ 4）对导轨进行安装的技术研究，通过分析其安装时的基面误差，强度计算以此来提高其安装精度。 究的意义 国内滚动直线导轨起步较于世界相对来说比较晚，理论上十分匮乏。导轨装配过盈量的控制方面也没有理论体系。导轨受力滚动体的运动情况十分的复杂，那么他的摩擦机理就更是十分的复杂。对受力滚动体的运动 研究，还有摩擦特性研究都有十分重要的意义。当然对于全面的了解导轨工作情况也是重要的。滚动直线导轨精度、刚度和轨道副的安装也有待于研究。因此，对滚动直线导轨的设计和相关技术的研究具有一定的实际意义。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 2 机床滚动直线导轨整体设计 床的整体布局 对滚动直线导轨进行研究，先要明确机床技术参数，然后根据技术参数选择合适的导轨整体布局，最后按照设计原则对导轨零部件进行设计。机床的布局对机床的整体性能有着很大的影响，主要是由机床的使用所决定，机床就目前来说，正在朝着智能化、小型化和及精密化的发展方向。机床最常见的布局主 要有以下4 种： （ 1）十字形布局，两个成“十”字型导轨做平面运动，刀架装在上面工作，这时导轨各项精度在技术上是一个很大的难题； （ 2） 式，刀架导轨布置在工作台上，工作台一方面可以做回转运动，另一方面又可以做上下运动，此种布局的刀架导轨要随着半径和角度的变化而变化，现实中难以加工，应用较少； （ 3）立式结构，立式结构主要是提高承载性，适用于特别笨重粗大的机械中，较常见的为加衡量的结构。 （ 4） T 形布局，刀架横向运动，主轴箱纵向运动。 T 形结构，两个垂直导轨都在床身上，故两者相互独立，相互不干扰可以提高导 轨的精度。 导轨按照是否封闭分为：半封闭式与封闭式结构。半封闭式的优点是：承载能力高，缺点是：只能卧式存放，非常容易的变形，全程运动的直线度低；封闭式导轨的优点是：运动的直线度高，导轨可卧式又可立式存放。综上所述：本课题研究的滚动导轨要求承载能力高，重量尽量轻，因此选用半封闭式结构。 轨的性能分析 半封闭式结构的机床对导轨所需要以下性能： （ 1）机床主要用于车削，需要实现双向运动，并且运行平稳，导轨低速运行性能较好； （ 2）导轨具有一定的导向精度和定位精度，导轨有很高的几何精度，导轨的直线精度应达到 m/100 （ 3）总体来说，全部滚动体的直径差小于 2 m，单组滚动体的直径差小于1 m； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 （ 4）导轨表面拥有较好的光洁度，较高的接触精度，导轨表面需进行研磨；导轨要操作简单、维修方便 411。 要零部件的设计 机床的整体布局和导轨性能确定以后，然后需要对机床的导轨系统进行零部件的相关设计。机床由主轴系统和刀架系统组成，而主轴系统中的主轴导轨系统和刀架中的刀架导轨系统都包括溜板、导轨和导轨传动系统等组成。 板箱的设计 溜板与主轴相连，他的作用是支撑主轴，所以主轴的大小直接决定了溜板的尺寸。在半封闭式结构中，我们设计两侧溜板，也就是左、右各有一排。导轨与溜板的对接在导轨系统中起着非常重要的作用，它将直接影响了导轨的使用。本此用滚珠将溜板与导轨体连接在一起，连接图如图 2示： 1 2 3 4 5图 2柱直线导轨总装图 导轨与溜板之间的滚柱是对称的，滚柱之间用保持架确保其等距离的分布，滚柱和保持架他们要做直线运动。为了防止滚柱发生左右方向上的侧滑，所以在滚柱的上下两 边设计了滚槽，这样就可以阻止其侧滑。 柱的长度设计 溜板及传动系统的几何大小直接决定了导轨的截面尺寸，溜板与滚柱之间的相对运动情况如图 2示： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 图 2板、滚珠相对运动图 从上图可知，在满足了导轨的最大位移量的情况下，还要满足及主轴安装尺寸，之后就会说应尽可能减小运动件的长度。 m a xm a e l a b a b a c c b e l 式中： L 溜板的最短长度； e 运动保险量，一般情况下取 10 计取 350 平行导轨之间 的最大位移量，本次取 300218。 柱的数量 滚动体的数量决定了导轨的承载能力，滚柱太少，承载能力差，滚柱的制造误差会直接较大程度的影响位置精度；滚柱太多，增大滚动体上压力的分布不均匀性，会降低刚度。实验表明，一个承受载荷比较均匀的滚动体，滚动体数目必须满足： z G/(4b) 式中： 步取 2000N； 次取 14触面积上的最大压应力满足下式： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 m a x 0 . 4 1 8 / l R式中： S 系统的设计安全系数，根据经验取为 5； 据实际取 2000N； l 每个滚柱单体的长度，取 14 R 单个滚柱的半径，取 5 过查机械设计手册本次取取 36000文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 3 导轨的直线度分析 机床中导轨的各项精度直接决定了其他零部件的运行精度，所以，导轨的精度非常的重要。 在生产制造中，导轨的加工与检测是一个整体，因此，检测手段一定会随着加工技术的提高而不断的提升、不断地发展。在导轨所有的精度测量中，直线度测量一切测量的基础，几乎所有的轨道精度中都会有直线度测量。随着高新科技的发展，直线度测量的精度以突破 m/m。 线度的定义 直线度经常用其误差数值来进行表示，直线度误差指的是“被测实际直线与理想直线的相偏差的量”，理想直线要尽可能地包括被测实体，而且要尽可能的小，不能大。根据国家标准 1182规定，直线度公差带需要与直线度误差相对应。在此，列出直 线度误差常用的三种形式： 图 3 a） 图 3a）所显示的是在单一的平面内，表示的是两条包容直线在相离最近的两平行线之间的距离。 图 3b） 图 3b）所显示的是在给定的方向上，表示的是两条包容直线在相聚最近的两平行面之间的距离。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 图 3c） 图 3-1(c)所显示的是任意方向上，表示的是包容两条直线、直径最小的圆柱。 线度测量方法 导轨直线度的检测可分为有基准的测量和无基准的测量两大类，有基准的测量，他的测量原理是将被测直线与所选的标准直线进行比较，例如：自准直仪法、激光干 涉法和衍射法；无基准的测量，他的测量原理是在被测面上取一定量的测试点，然后对数据进行一定的处理，例如：数据覆盖耦合法、多面互检法和直尺翻转组合法。 通常情况下，利用水平仪和桥板对导轨直线度进行测量，结果是通过一条近似曲线来确定导轨的直线度误差，这个适用于长导轨直线度的测量。而在机床的导轨直线度测量中，可行且方便使用的是直尺反转测量误差分离法。 线度评定方法 直线度的评定方法一般包括以下 3 种：两端点连线法，最小包容区域法和最小二乘法，现将这 3 种评定方法进行总结，如表 3示。 表 3线度评定方法的优缺 点比较 名称 原理 优缺点 使用条件 两端点线法 建立直线方程，由数据点坐标求出方程参数，再求直线的误差值，最终结果就是最大正、负偏差之差作为 理想直线的确定不是特别的合理，误差很大，但计算简单，方便上手 普遍应用，求解简单快速 最小包容区域法 用两条距离为最短的直线包括被测直线 国家标准规定的评定方法；计算复杂，做图中经常使用 当要求严格时，或对结果存在争议时使用 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 最小二乘法 测出各点相对于始点的累计值，找到一条相对直线，求各点到该直线上的距离的平方为最小 曲线的偏差值极小，结果更符合 最小条件 数学上容易实现 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 4 滚珠丝杠的刚度计算 珠丝杠的轴向刚度计算 本次的研究中，滚珠丝杠副和滚柱的作用就是连接导轨和溜板。此处的的轴向刚度也就是滚珠丝杠副的轴向刚度，只有计算出滚珠丝杠副的轴向刚度才能确定动态特性参数。其模型如图 4示： 图 4珠丝杠简图 1 2 3 4显然，丝杠传动的轴向刚度 K 可表示为： 1 1 1 1s N K K 式中 : K 表示滚珠丝杠系统的轴向刚度； 杠轴的轴向刚度 丝杠轴的轴向刚性也是非常重要的，较高的轴向刚度表明丝杠具有较好的抵抗轴向变形的能力。丝杠的安装方法会直接的或者间接的影响丝杠轴的轴向刚度，如上所述，本次采用固定 法，求解丝杠轴的轴向刚度的计算公式如下所示： 1000s 式中 : 1 4 3 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 母的轴向刚度 本次的丝杠对其进行轴向施加一定的预紧力，一般情况下预紧力的大小取额定载荷的 10%，称为标准预紧力。当轴向预紧力的大小为标准施加的负荷时，其螺母的理论轴向刚度值可在书上查到，当轴向预紧力的大小不是标准施加的负荷时，可通过以下的公式计算： 1 / 30( ) 0 . 80 . 1式中： K 表示刚性值； 0 撑轴承的轴向刚度 支撑轴承的轴向刚度，只有先确定轴承的型号，然后根据型号确定其基本参数。角接触轴承轴向刚度的计算如下所示： 001230030 ()s i ns i 式中：0N/ m； 0a Q N； 角； z 1924。 结 本章主要研究了滚珠丝杠的轴向刚度，丝杠轴的轴向刚度，螺母的轴向刚度，支撑轴轴承的轴向刚度，为以后直线导轨的设计提供了良好的基础条件。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 总结 本文根据毕业设计任务书是滚动直线导轨设计及相关技术研究，具体做了以下几个方面的内容： （ 1）通过阅读国内外的文献， 学习和掌握滚动直线导轨的有关知识，了解其关键技术及发展现状；了解数控机床、加工中心对直线导轨的要求；总结滚动直线导 轨的设计要点、技术关键及发展方向； （ 2）确定了机床的整体布局方式，对机床导轨性能进行分析；分析了溜板箱的设计，滚珠的长度和数量的相关设计。 （ 3）对导轨的直线度进行分析，通过直线度的定义，直线度的测量方法和评定方法来展开计算研究。 （ 4）对滚珠丝杠的刚度计算，通过对滚珠丝杠、丝杠轴、螺母和支撑架的轴向刚度分析，计算了解滚珠丝杠的承载能力，以更好地配合直线导轨。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 参 考 文 献 1 黄祖尧 床， 1993， 10： 462 熊军 度动态综合检测原理及方案研究 2002 3 日本精工株式会社 机制品样本 4 孙健利 华中理工大学学报， 1997（ 3）：345 刘建素等 制造技术与机床， 1994（ 6）： 256 on 986,52(10):597 1993,7(115):35 42 8 袁哲俊，王先奎 M 版 械工业出版