[机械毕业论文]数控铣床十字工作台及其支承件设计【专业答辩必备资料】

数控铣床十字工作台及其支承件设计 论文摘要 ： 这次毕业设计我选择的就是 MC01立式铣床工作台及 支承件 设计。MC01立式铣床 是一种比较普通的数控机床，其最大的特点是 可用于中小型模具及复杂轮廓的金属零件加工 。它在我国属于普遍采用的技术项目，具有不错的发展前途和市场潜力。 这次设计主要采用的是借鉴同类铣床的设计经验， 此次设计综合考虑了刚度，抗振性，精度，热变形和工艺性等诸多因素，结合 AutoCAD软件制图，完成了设计任务。 工作台部分设计了两个方向的底座和一块 200X210的台面， 选择了伺服电机导轨与丝杠， 本次设计也有 不足之处，轴承没有消除间隙的措施，影响了加工精度。 关键词： 立式铣床 ； 十字工作台 ； 支承件 目录 1 绪论 . 1 1.1数控机床的基本概念 . 1 1.2数控铣床的功能 . 1 1.3数控铣床的总体结构 . 2 2 设计 MC01 型数控铣床 . 2 2.1 设计 MC01 型立式铣床的理由及根 据 . 2 2.1.1 MC01 型立式铣床主要用途及特点 . 3 2.1.2 MC01 型立式铣床主要技术参数 . 3 2.2数控铣床工作台的 类型 . 4 2.3工作台方案拟定 . 5 2.3.1 传动方案 . 5 2.3.2 丝杠支承方案 . 6 3 支承件设计方案 . 6 3.1床身设计准则 . 6 3.2 机座和箱体的截面形状及肋板布置 . 8 3.2.1 机座和箱体的截面形状 . 8 3.2.2 机座和箱体的肋板布置 . 9 3.3主要技术资料 . 10 3.3.1 主要技术参数 . 10 3.3.2 附加技术条件及要求 . 10 3.4 床身结构设计要点 . 10 3.5 床身材 料 . 15 3.6 结构参数及加工面的形位公差的选择 . 15 4 设计计算 . 17 4.1电机类型选择 . 17 4.2转动惯量的计算 . 17 4.3所需电机扭矩计算 . 18 4.3.1 空载快速启动时所需的最大扭矩 . 18 4.3.2 重切时所需扭矩计算 . 19 4.4 电机选择 . 19 5 导轨方案 . 20 5.1 基本要求 . 20 5.2 滚动导轨优点 . 21 5.3 滚动导轨的类型 . 21 5.4 滚动导轨 . 22 5.5 直线滚动导轨导向系统的减震 . 24 5.6 直线导轨副的使用说明 . 26 5.7 直线导轨副的安装调整 . 26 5.8 导轨的寿命 . 27 5.9 导轨的选用 . 27 6 结论 . 28 7 谢 辞 . 29 参考文献 . 30 数控铣床十字工作台及支承件设计 1 1绪论 1.1 数控机床的基本概念 1数控 即数字控制（ Numerical Control）是用数字化的信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法，简称 NC。 1) 数字信号 -指时间上和数值上都是离散的信号，即时间上不是连续的，信号 总是在高电平和低电平之间来回变化，只要能正确区分出信号的高和低就可以，至于高、低电平的精度在一定范围内为多少则无关系。 2) 模拟信号 -是指时间上和数值上都是连续的信号，一般用于模拟真实世界物理量信号。比如：语音、温度、重力等等。模拟信号着重处理信号的幅值的变化和时间的连续性。 例如： 上述信号为模拟警笛发出的声音信号，对该信号进行放大后，推动嗽叭发出声音。模拟信号缺点是容易受到温度、电网干扰影响。 2数控系统： 数控系统是一种控制装置，它自动阅读输入载体上事先给定的数字值， 并将其译码，从而使机床动作和加工零件。早期机床的数控系统叫 NC，也叫硬件 NC，因为各种控制动作主要由硬件集成电路完成。但由于计算机技术的长足发展，逐渐将计算机技术应用到了数控机床上，也叫 CNC即 Computer Numerical Control ,简称 CNC系统 3数控系统组成： 1）硬件（印刷线路板，数字化集成电路，电缆，插头，显示器等） 2）软件（系统软件，用户编程软件，插补软件等） 1.2 数控铣床的功能 数控铣床的功能有很多，不同档次的数控铣床的功能有较大的差别，但都应具备以下主要功能 ： 1) 铣削加工： 数控铣床一般应具有三坐标以上联动功能，能够进行直线插补和圆弧插补，自动控制旋转的铣刀相对于工件运动进行铣削加工。坐标联动轴数越多，对工件的装夹要求就越低，加工工艺范围越大。 2) 孔及螺纹加工： 可以采用定尺寸孔加工刀具进行钻、扩、铰、锪、镗削等加工，也可以采用数控铣床十字工作台及支承件设计 2 铣刀铣削不同尺寸的孔 。 1.3 数控铣床的总体结构 数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的 ,两都的加工工艺基本相同 ,结构也有些相似 ,但数控铣床是靠程序控制的自动加工机床 ,所以其结构也与普通铣床有很大区别 . 如图所示，数控铣床一般由数控系统、 主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大部分组成： 1.主轴箱 包括主轴箱体和主轴传动系统，用于装夹刀具并带动刀具旋转，主轴转速范围和输出扭矩对加工有直接的影响。 2.进给伺服系统 由进给电机和进给执行机构组成，按照程序设定的进给速度实现刀具和工件之间的相对运动，包括直线进给运动和旋转运动。 3.控制系统 数控铣床运动控制的中心，执行数控加工程序控制机床进行加工。 4.辅助装置 如液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置。 5.机床基础件 通常是指底座、立柱、横梁等，它是整个机床的基础和框 架。 2 设计 MC01 型 数控铣床 2.1 设计 MC01 型立式铣 床的理由及根据 MC01立式铣床 是一种比较普通的数控机床，其最大的特点是 可用于中小型模具及复杂轮廓的金属零件加工 。它在我国属于普遍采用的技术项目，具有不错的发展前途和市场潜力。 这次设计主要采用的是借鉴同类铣床的设计经验，综合考虑 机床 刚度，抗振性，精度，热变形和工艺性等诸多因素，结合 AutoCAD 软件数控铣床十字工作台及支承件设计 3 制图，完成设计任务。 2.1.1 MC01 型立式铣床主要用途及特点 *机床采用彩色液晶显示，控制系统可选用 586微机或西门子 802D数控系统。 *交流 伺服或步进驱动。 *主轴变频调速，三轴联动。 *具有图形模拟、动态图形跟踪及间隙补偿功能（西门子 802D 系统除外）。 *可与计算机联网通讯加工。 *可用于中小型模具及复杂轮廓的金属零件加工。 *用于各类机械培训部门进行 CAD/CAM 及数控编程培训、技术开发、研究等 2.1.2 MC01 型立式铣 床主要技术参数 系统可选 工控机 西门子 802D 工作台外形尺寸 mm 2002 20 数控铣床十字工作台及支承件设计 4 T型槽数量 /螺栓尺寸 5/M12 允许载荷 kg 150kg 工作行程： mm 2002 00 X轴 400 Y轴 250 Z轴 主轴转速 rpm 100 2000 50 5000 主传动电机 1.1KW 3.5KW 主轴孔锥度 MAS-BT30 快速进给 mm/min 5000 6000 工作进给 12 500 10 3500 最小输入单位 mm 0.01 0.001 定位精度 mm 0.01 重复定位精度 0.005 机床外形尺寸 mm 175014302350 净重 kg 1500 2.2 数控铣床工作 台的类型 在数控铣床上使用的工作台主要有下列几种：矩形工作台使用最多，以表面上的 T 形槽与工件、附件等连接，基准一般设在中间。方形回转工作台 ， 用于卧式铣床，表面以众多分布的螺纹孔安装工件。圆形工作台 ， 可作任意角度的回转和分度，表面 T 形槽呈放射状分布（径向）。 图 1 十字工作台 数控铣床十字工作台及支承件设计 5 2.3 工作台方案拟定 2.3.1 传动方案 方案 1一级齿轮传动 电动机通过一级齿轮传动与丝杠连接。 因为齿轮传动附带有径向力，会施加到丝杠上影响传动精度。 方案 2联轴器传动 伺服电机直接通过联轴器与丝杠连接 ，结 构最为简单。而且安装方便。 本人选择了型号为 lk13-c32-1012的弹性键膜联轴器。 方案 3直线电机 数控铣床十字工作台及支承件设计 6 2.3.2 丝杠支承 方案 丝杠选择 FYND-2004-3-P4 3 支承件设计方案 3.1 床身设计准则 刚度和强度的要求是床身，机架设计的重要设计准则。对于某些床身，机架零件，还应进行震动稳定性和热变形的校核计算。 重载结构均以强度设计为第一设计条件，如锻锤支架，水压机横梁，颚式破碎机底座等。随着科学技术的进步，现代机器向高效，高精度发展，包括像轧钢机架也由传统的强度设计向刚度设计转变。 大多数的床身 ，机架设计是以刚度作为第一设计条件，如机床主轴箱及床身，立柱，机械压力机机身等。按刚度条件设计所得到的截面尺寸一般比按强度设计所得的尺寸要大。因此，满足刚度条件的床身，机架往往也满足强度条件，但对某些结构也不尽然， 刚度是满足强度的重要条件，在床身，机架的受压结构和弯压结构中存在失稳问题，薄壁床身，机加也存在局部失稳问题，必须进行校核。 1）强度 现行的强度设计主要以静载荷作为依据，对于重要的床身，机架计算，还要考虑动载荷的影响；更精确的计算，应采用同类机器中典型的工况载荷谱对其进行动态分析，并校核其疲劳强 度。 强度条件中，除体积强度外，还要包括表面强度条件，具有导轨和滑道的机数控铣床十字工作台及支承件设计 7 架要考虑其表面挤压强度和表面磨损强度。 2）刚度 以刚度作为设计条件时，是以载荷作用下产生的最大变形量 f 作为参数和其许用值 f p进行比较，使其满足 ff p。 3）振动稳定性 当结构的自振频率和外载荷周期变化的频率相同或接近时，就会发生共振，使其失去振动稳定性，影响机器的正常工作精度，甚至使床身，机架损坏。 振动 稳定性的计算准则就是使床身，机架的固有频率和外载荷的激振频率不相等也不接近。增大结构刚度或减小质量可提高其固有频率，反之则降低固有频率。 机床中的床身，立柱，横梁和其他高精度下工作的床身，机架都要进行振动稳定性计算。对于不进行振动稳定性计算的床身，机架，在结构设计时也要采取一些减振措施。 机座和箱体等零件工作能力的主要指标是刚度，其次是强度和抗振性能；当同时用作滑道时，滑道部分还应具有足够的耐磨性。此外，对具体的机械，还应满足特殊的要求，并力求具有良好的工艺性。 机座和箱体的结构形状和尺寸大小，决 定于安装在它的内部或外部的零件和部件的形状和尺寸及其相互配置、受力与运动情况等。设计时，应使所装的零件和部件便于装折与操作。 机座和箱体的一些结构尺寸，如壁厚、凸缘宽度、肋板厚度等，对机座和箱体的工作能力。材料消耗、质量和成本，均有重大的影响。但是由于这些部位形状的不规则和应力分布的复杂性，以前大多是按照经验公式、经验数据或比照现用的类似机件进行设计，而略去强度和刚度等的分析与校核。这对那些不太重要的场合虽是可行的，但却带有一定的盲目性（例如对减速器箱体的设计就是如此）。因而对重要的机座和箱体，考虑到上述 设计方法不够可靠，或者资料不够成熟，还需用模型或实物进行实测试验，以便按照测定的数据进一步修改结构及尺寸，从而弥补经验设计的不足。但是，随着科学技术和计算工具的发展，现在已有条件采用精确的计算方法（有限元法）来决定前述一些结构尺寸。 关于增强机座和箱体刚度的办法，除了前述选用完全封闭或仅一面敞开的空心矩形截面及采用斜肋板等较好的结构外，还可采取尽量减少与其它机件的联接面数；使联接面垂直于作用力；使相联接的各机件间相互联接牢固并靠紧；尽显减小机座和箱体的内应力以及选用弹性模量较大的材料等一系列的措施 。 数控铣床十字工作台及支承件设计 8 设计机座和箱体时，为了机器装配，调整、操纵、检修及维护等的方便，应在适当的位置设有大小适宜的孔洞。金属切削机床的机座还应具有便于迅速清除切屑或边脚料的可能。 箱体零件上必须镗磨的孔数及孔位置的相关影响应尽量减少。位于同一轴线上的各孔直径最好相同或顺序递减。 当机座和箱体的质量很大时，应设有便于起吊的装置，如吊装孔，吊钩或吊环等。如需用绳索捆绑时，必须保证捆吊时具有足够的刚度，并考虑在放置平稳后，绳索易于解下或抽出。 3.2 机座和箱体的截面形状及肋板布置 3.2.1 机座和箱体的 截面形状 绝大多数的机座和箱体受力情况都很复杂，因而要产生拉伸（或压缩）、弯曲、扭转等变形。当受到弯曲或扭转时截面形状对于它们的强度和刚度有着很大的影响。如能正确设计机座和箱体的截面形状，从而在既不增大截面面积，又不增大（甚至减小）零件质量（材料消耗量）的条件下，来增大截面系数及截面的惯性矩就能提高它们的强度和刚度。表 17一 1中列出了常用的几种截面形状（面积接近相等）通过它们的相对强度和相对刚度的比较可知：虽然空心矩形截面的弯曲强度不及工字形截面的，扭转强度不及圆形截面的，但它的扭转刚度却大得很多；而且 采用空心矩形截面的机座和箱体的内外壁上较易装设其它机件。因而对于机座和箱体来说它是结构性能较好的截面形状。实用中绝大多数的机座和箱体都采用这种截面形状就是这个缘故。 常用的几种截面形状的对比 数控铣床十字工作台及支承件设计 9 3.2.2 机座和箱体的肋板布置 一般地说，增加壁厚固然可以增大机座和箱体的强度和刚度，但不如加设肋板来得有利。因为加设肋板 时既可增大强度和刚度，又可较增大壁厚时减小质量；对于铸件，由于不需增加壁厚，就可减少铸造的缺陷；对于焊件则壁薄时更易保证焊接的品质。特别是当受到铸造、焊接工艺及结构要求的限制时，例如为了便于砂芯的安装或清除，以及需在机座内部装置其它机件等等，往往需把机座制成一面或两面敞开的，或者至少需在某些部位开出较大的孔洞，这样必然大大削弱了机座的刚度，此时则加设助板更属必要。因此加设助板不仅是较为有利的，而且常常是必要的。 肋板布置的正确与否对于加设肋板的效果有着很大的影响。如果布置不当，不仅不能增大机座和箱体的强 度和刚度，而且会造成浪费工料及增加制造困难。由表 17 2所列的几种肋板布置情况即可看出：除了第 5、6号的布置情况外，其它几种肋扳布置形式对于弯曲刚度增加得很少；尤其是第3， 4号的布置情况，相对弯曲刚度 Cb的增加值还小，相对质量 R的增加值 (Cb/R200*200 500*500 6 10 500*500 15 20 数控铣床十字工作台及支承件设计 16 直线度、平面度公差值与应用 公差等级 主参数 L/mm 应 用 250 400 400 630 630 1000 1000 1600 1600 2500 公差值 m 1 1.2 1.5 2 2.5 3 精密量具、要求极高的精密 机械零件 2 2.5 3 4 5 6 3 5 6 8 10 12 1级样板平尺工作面 4 8 10 12 15 20 用于量具、高精度机床导轨 5 12 15 20 25 30 1级平板，平面磨床纵导轨 (根据所得资料 )综合考虑机床的加工精度和加工成本，各加工面的形位公差选择 3级。具体为安装导轨下表面的两个面的互为基准平行度 0.01/1000mm、直线度 0.01/1000mm，粗糙度 0.8um；与导轨侧面接触的两面以安放导轨面为基准平行度 0.01/1000mm、平面度 0.01mm，粗糙度 0.8um；安装刀架面的平面度 0.01mm，相对导轨安装面的平行度 0.01mm，表面粗糙度 1.6um。 数控铣床十字工作台及支承件设计 17 4 设计计 算 4.1 电机类型选择 选择电机类型时，要根据总体设计方案的要求在满足主要技术性能的前提下，综合考虑电机的参数。对于 FANUC 的进给伺服电机来说，分大扭矩大惯量的 C系列和小扭矩小惯量的系列两大类。大惯量电机低速性能好，可与丝杠直联，而且由于其本身惯量大，系统时间特性可预知受机械传动的影响小容易调试，适于中等规格的数控机床应用 ，故确定采用 FANUC的 C系列电机。 4.2 转 动惯量的计算 1)回转运动件的转 动惯量 ).(328mdJ 242R mkgld 其中： d 直径 (m)； l 长度 (m)； 钢的密度 =7800kg m2 丝杠外径为 0.028m， l=0.824m。那么，由上式可以得出： 244R .0 0 0 4.032 8 2 4.00 2 8.07 8 0 032 ldJ mkg 2)直线运动件向 丝杠折算的惯量 ).(2J 22L mkgPM 其中： M 质量 (Kg，主要包括溜板、刀架、刀盘等 )； P 丝杠螺距 (m)。 直线运动件质量 M=3OOkg，丝杠螺距 P=0.01m。 那么，由上式可以得出： 22L .0008.0201.0300J mkg 3)联轴器的转 动惯量 联 轴器为外购件，根据联轴器样本 (上海席特传动 )可以查出 2W .0004.0J mkg 4)折算至电机轴 上的总惯量 数控铣床十字工作台及支承件设计 18 2WLR .0 . 0 0 1 60 . 0 0 0 40 . 0 0 0 7 60 . 0 0 0 3 9JJJJ mkg 4.3 所需 电机扭矩计算 电机的扭矩选择很重要，直接影响机床的性能和制造成本：在实际设计当中我们通常分两步走，一是计算快速空载启动时所需的最大扭矩，再个就是计算机床重切时所需的最大扭矩，以两者中最大值作为选择电机的依据。 4.3.1 空载 快速 启动时所需的最大扭矩 1） 折算至电机轴 上的最大加速力矩 mNt Jna.602T m a xm a xn 其中： 要求 X向快移速度 20m/min丝杠螺距为 0.01m 则 m in/2 0 0 001.0/20n m a xn r J 折算至电机轴上的系统总惯量 0.0016kg.m2； at 加速时间 (s)，Ks3ta ， Ks 系统增益，取 120 sKs ，则 sKs 15.03t a 。 那么，由上式可以得出： mNt Jna.23.215.060 0 0 1 6.02 0 0 02602T m a xm a xn 2） 折算至电机轴上 的摩擦力矩 mNiPF .2T 0f 其中：0F 导轨摩擦力 N，0F=Mf，而 f 摩擦系数 =0.018(TSF软带 淬火钢，油润滑 ) 所以， Nfg 12.1 4 10 1 8.08.93 0 0MF0 ； p 丝杠螺距， 0.01m； 传动链总效率，滚珠丝杠副 98.0 ； i 齿轮降速比，无齿轮减速， 1i 。 那么，由上式可以得出： mNiPF .229.0198.02 01.02.1412T 0f 3） 折算至电机轴上 的由丝杠予紧引起的附加摩擦力矩 数控铣床十字工作台及支承件设计 19 iPP21T 2000 其中：0P 滚珠丝杠予加载荷 2060N3F 2 0 滚珠丝杠副未予紧时的传动 效率 0.9。 那么，由上式可以得出： miPP N.6 3 6.0198.029.0101.02 0 6 021T 22000 4） 空载快速启动 时所需的最大扭矩 3 . 0 1 M . m0 . 6 3 60 . 2 2 92 . 2 3TTT 0fm a x T 4.3.2 重切时所 需扭矩计算 1)重切时切削 负载转矩 2FT z p切 其中： zF Z向进给力 =6180N 那么： Nmp 84.92FT z 切 2)重切时的摩擦 力矩 2TpfFgM yf切 其中：yF Y向切削分力 =0.7 2F =2472N则： mpfFgM yf N296.0201.0018.02 4 7 28.98002T 切 3)重切时所需扭 矩 3 . 0 1 M . m0 . 6 3 60 . 2 2 92 . 2 3TTT 0fm a x T 4.4 电机选择 根据机床设计要求选择的电机扭矩应大于机床最大扭矩，其次等效电机轴的转动惯量与电机轴的转动惯量之比最好在 0.25 1范围内；不要超过 1，否则容易产生工作台停止不稳、振荡等惯量不匹配现象；小于 0.25，则造成电机性能浪费。 通过以上计算可知，电机扭矩应大于 10.77Nm，惯量大 于 0.0016kg.m2 ，在伺服电机系列中符合条件且最为合适的电机应该是仅 12/3000i，该电机额定数控铣床十字工作台及支承件设计 20 扭矩 12Nm，转动惯量 0.0062kgm，完全可以胜任 AD25X全功能数控车床 X向伺服驱动工作。通过以上设计计算，伺服进给电机的选择主要和电机的扭矩和电机的转动惯量有关系：如果选择的数值太大，则造成电机的功能、经济浪费如果太小，则使机床不能正常工作。 伺服电机总体特性 环境参数 Ambient Parameter Ambient Temperature -10C 40C 安装与防护 Mounting and Enclosure 绝缘等级 Insulations class: F； 防护等级 Enclosure: IP65； 安装方式 Mounting Mode: B5 传感器 Sensor 增量混合式编码器 Incremental Encoder(ZDK-12): 3000ppr 5 导轨方案 5.1 基本要求 1. 一定的导向精度 导向精度是指运动导轨沿着支承导轨运动时，直线运动导轨的 直线性及圆周运动导轨的真圆性，及导轨同其它运动件之间相互位置的准确性。导轨的导向精度变化会引起工件的尺寸误差、形状 误差及相对位置误差，从而影响机床的加工精度。影响它的主要因素：导轨的类型、组合形式与尺寸、导轨本身的几何精度、制造精度及装配精度、导轨和基础件结构刚度和热变形、动压导轨和静压导轨之间油膜的刚度、导轨的间隙及其调整方法等。 2一定的刚度 在外力作用下，各种变形集中反映到导轨面上，以致降低了机床的使用性能。直接影响部件之间的相对位置精度和导向精度。因此，为了平衡或减轻外力的影响，就要加强导轨部分的刚度，尽量减少导轨的变形。导轨的变形由两部分组成。一部分是导轨本身的变形，包括导轨受压后的接触变形、弯曲变 形及扭转变形。另一部分是由于床身的变形而引起导轨的变形。 3耐磨性好 导轨表面在一定的压力下，以一定的速度相对运动，润滑条件和杂质的侵入对于导轨的磨损都有很大的影响。导轨的耐磨性能好与坏，直接影响机床工作精度及使用寿命。因此，要尽可能减轻导轨的磨损，且应在磨损后能够自动补偿或便于调整。改善导轨的耐磨性可从导轨的材料、导轨表面的硬度及热处理、导轨结构、尺寸与表面粗糙度、导轨润滑与防护以及导轨间隙的补偿与调整等方面来考虑。 4低速平稳性 数控铣床十字工作台及支承件设计 21 当运动导轨作低速运动或微量 移动时，应保证导轨运动平稳，不产生爬行 现象，机床的爬行现象将影响被加工零件粗糙度和加工精度，特别是对高精度机床来说，必须引起足够的重视。 5结构工艺性 在可能的情况下，设计时应尽量使导轨结构简单，便于制造、调整和维护。对于刮研导轨应尽量减少刮研量，对于镶装导轨，应做到更换容易，力求工艺性及经济性好。 5.2 滚动 导轨 优点 1）运动灵敏度高，其摩擦系数仅为 0.0025 0.005。远小于滑动导轨的静、 动摩擦系数。滑动导轨的动摩擦系数为 0.1 0.2。 2）定位精度高。定位 误差约为 0.1 0.2微米。 3）启动力小，移动轻便。 4）具有较高的耐磨性，精度保持性好。 5）润滑系统简单，维护方便。（只需更换滚柱体） 滚动导轨有下列缺点： 1）抗振性差。 2）由于滚动体与导轨是点接触或线接触，接触应力大，承载能力较小。 3）结构复杂，精度要求高，制造困难，成本高。 5.3 滚动 导轨的类型 1）按滚动体类型分类：滚珠、滚柱和滚针三类。 滚珠式为点接触，承载能力差，刚度低，多用于小载荷。滚柱式为线接触，承载能力高，刚度好，用于较大载荷。滚针式 为线接触，常用于径向尺寸小的导轨。 数控铣床十字工作台及支承件设计 22 2）按循环方式分类：循环式与非循环式。 循环式滚动导轨的滚动体在运行过程中沿自己的工作轨道和返回轨道作连续循环运动。 （图 3-116） 非循环式滚动导轨的滚动体在运行过程 中不循环，因而行程有限。 （图3-115c） 5.4 滚动导轨 1）直线滚动导轨的特点 简称直线导轨，直线导轨副是由一根长导轨轴和一个或几个滑块组成，如右图所示。滑块内有四组滚珠或滚柱， 1 与 2、 3 与 4、 5 与 6、 7 与 8 各为一组，其中 2、 3、 6、 7为负载 滚珠或滚柱， 1、 4、 5、 8为回珠（回柱）当滑块相对导轨轴移动时，每一组滚珠或滚柱都在各自的滚道内循环运动，循环承受载荷，承受载荷形式与轴承类似。四组滚珠（滚柱）可承受除轴向力以外的任何方向的力和力矩。滑块两端装有防尘密封垫。 优点： 摩擦系数小，精度高。 安装、维修方便。对支承其部件要求不高。 可预紧，所以有较高的刚度和承载能力。 移动速度快，可达到 60m/min。 缺点： 抗振性和承载能力均不如滑动导轨。因此，有过 大的振动和冲 击载荷的机床不宜采用直线导轨。 数控铣床十字工作台及支承件设计 23 2）直线滚动导轨的安装特点 直线导轨通常是两条成对使用，可以水平安装，也可以竖直或倾斜安装。有时也可以多个导轨平行安装，当长度不够时可以多根接长安装。 单导轨定位安装 为保证两条（或多条）导轨平行，通常把一条导轨作为基准导轨，安装在床身的基准面上，底面和侧面都有定位面，另一条导轨作为非基准导轨，床身上没有侧向定位面，固定时以基准导轨为定位面固定。这种安装方式易保证平行。 双导轨定位安装 两导轨的侧面都要定位。这种定位方式对定位面的平行度要求高。 数控铣床十字工作台及支承件设计 24 5.5 直线滚动导轨导向系统的减震 近年来，随着数控机床和精密加工的发展，对机床导向系统的要求越来越高，它是决定机床加工精度、工作效率和使用寿命的重要因素。许多设备都选用国内外专业工艺装备厂生产的机床功能部件 直线滚动导轨作为导向支承。由于直线滚动导轨使用淬硬的导轨和预紧 (无间隙 )的滚珠或滚柱滑块作为接触副，所以具有摩擦系数小、承载能力大、刚性好、使用寿 命长的特点，可达到很高的进给速度和定位精度。 但滚动导轨与传统的平面滑动导轨相比较，因其滚动接触面是点或线，减振性能相对要差一些。有的导轨制造商曾采用对滚动导向系统增加预载荷的方法来改善减振性能，然而实际试验表明这种方法效果不明显。 增加预载荷只是改变了共振频率，而对减振没有多大改善。相反，由于增加滚动导向系统的预载荷，加大了滚动元件的变形，从而增大导向机构位移阻力，使接触面磨损加快，势必影响导向元件的工作寿命。有效的减振方法可通过附加减振元件的方法来实现。我们这次在产学研合作项目 “ SHZ1044双 主轴立式车削中心”研制过程中，采取了两种形式的滚动导轨减振措施，取得良好效果。 数控铣床十字工作台及支承件设计 25 (a)带有阻尼滑座的滚柱导轨 (b)阻尼滑座剖面图 图 1 具有减振功能的滚柱导向机构 阻尼滑座包括一个钢结构主体，其内表面用专门的喷涂工艺喷涂了一种滑动支承材料，制造时与相配合的导轨配磨加工，使这层滑动支承材料与所对应的导轨表面均形成 0.03mm 的间隙，见图 1b。阻尼滑座与导轨表面不直接接触，中间留有一定的间隙，间隙中充满润滑油，这层油膜能起到一个挤压油膜减振器作用，可达到良好的减振效果。由于这层 0.03mm 的油膜很薄，可以产生毛细作用，所以耗油很少，工作时，只需象滚 动滑块一样定时在滑座的注油孔中滴入润滑油即可。这种减振型滚动导向系统既保持了原有直线滚动导轨运行轻捷快速的特点，又具有滑动导轨减振性能好的优点。 挤压膜减振原理如图 2所示，其减振因数 d为 式中： 油液粘度 b 挤压膜宽度 h 挤压膜高度 l 减振元件长度 很明显宽度 b 是减振的主要因数，在设计时要考虑此因数；另外增加长度 l理论上也可得到好的减振效果，然后实际上随着长度增加会遇到一个减振的“饱和点”，超过此点，减振性能将不再增加。 阻尼滑座可与相应的滚动滑块配套定制，安装也十分方便，安装时将滑座调数控铣床十字工作台及支承件设计 26 整至两侧间隙相同，然后拧紧螺栓即可。 目前这种阻尼滑座仅配套于直线滚柱导向系统，而在滚珠滑块的导向系统上未见到应用，原因是滚珠接触的导轨面是曲面，对应滑块偶件之间的这层 0.03mm的间隙难以加工，挤压 油膜容易流失。 5.6 直线导轨副的使用说明 1)基础件上安装导轨副的安装平面的精度要求： 使用单根导轨副的安装面其平面精度可略低于导轨副运行精度。 同一平面内使用两根或两根以上导轨副时，其安装面精度可低于导轨副运行精度。建 议按下表选用的精度要求： 安装侧基面平行度误差 b 安装基面高度度误差 h=k b 预载类型 预载类别 P0 P1 P P3 计算系数 P0 P1 P P3 0.010 0.015 0.020 0.030 k 0.00004 0.00006 0.00008 0.00012 基础件滑块安装面的高度误差为 s=0.00004b 2)导轨副连接基准面的结构形式： 5.7 直线导轨副的安装调整 安装与使用 请小心轻拿轻放，避免磕碰以影响导轨副的直线精度。不允许数控铣床十字工作台及支承件设计 27 将滑块拆离导轨或超过 行程又推回去。若因安装困难，需要拆下滑块，可向我公司定购引导轨。（引导轨是 一种装配辅助工具，其实际尺寸比导轨小一号。需要时，可将导轨与引导轨的端头对 接，把滑块从导轨推到引导轨上，当导轨安装好后，再将滑块从引导轨推到导轨上， 注意基准方向）。 5.8 导轨 的寿命 滚动直线导轨是七十年代末发展起来的一种 具有独特机械性能的新型滚动支承部件 ,目前已在机械设备、精密电子机械、工业机器人及测量仪器中得到了广泛的应用。影响滚动直线导轨寿命的因素有 很多 ,如材质、润滑、防尘条件、振动等 ,即使制造方法和使用条件完全相同 ,对于不同组件的滚动直线导轨来讲 , 它们的寿命分布也具有很大的离散性。因此 ,衡量滚动直线导轨寿命的长短是按照以破坏概率为理论根据的额定寿命为标准。滚动直线导轨额定寿命的定义为 :在相同的工作条件下 ,同一批导轨组件分别运行 , 其中 90 %的导轨组件尚未出现疲劳剥落现象之前 ,滑块相对于导轨运行距离的总和 ( 用 L 10表示 ) 或一定运行速度下的工作小时数。当滚动体为钢球时 , 取 L 10的单位为 50km。在文献 1 中 ,给出了滚动直线导轨额定寿命计算的基本公式 : 100310 FCL 式中 C 为额定动载荷 , F 工作时的实际载荷。若以工作小时数来表示寿命 ,当行程长度和滑块往复运行次数一定时 , 可用下式来求出 : L 10 h =L 10 1032 ls n 60,式中 ls 为滑块单向行程 (m) ,n 为滑块每分钟往复次数 (次 / 分 ) 。 5.9 导轨 的选用 考虑 MC01立式铣床 精度的要求 ，本次设计选用 深圳市博特精密公司 滚动导轨， 型号为 LG55KL-F2*2*786-3。 主要性