滾動直線導軌設計及相關技術研究【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 I 滾動直線導軌設計及相關技術研究 摘要 ： 就目前來說，世界的制造加工業(yè)對機床的加工要求越來越高，也就是對機床的各項性能都有更高的要求。比如說：高速度、高剛度和高精度。機床的發(fā)展水平是衡量一個國家工業(yè)的重要標志。機床主要由主軸和導軌兩部分組件構成，而導軌的重要性要更強，其中直線滾動導軌占有很大優(yōu)勢，被普遍應用于數控機床和其他的行業(yè)中。 本課題主要研究了機床的整體布局結構，軌道的直線度分析，還有滾珠絲杠的剛度計算，現(xiàn)在分別詳細的介紹一下： (1）首先，在通過閱讀國內外的文獻，了解了機床的整體結構后，本文先確定了 機床的整體布局方式，然后對機床導軌性能進行分析；對溜板箱的計算設計，對滾珠的長度和數量的進行了相關的設計。 （ 2）其次，對導軌的直線度進行分析，通過對直線度的定義分析，綜合對比選擇直線度的測量方法和評定方法。 （ 3）最后，對滾珠絲杠的剛度進行計算，通過對滾珠絲杠、絲杠軸、螺母和支撐架的軸向剛度通過算式進行計算分析，計算了滾珠絲杠的承載能力，以更好地配合直線導軌。 關鍵詞 ： 滾動直線導軌，直線度，滾珠絲杠，選型 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 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 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 錄 摘要 . . 目錄 . 緒論 . 1 題的研究背景 . 1 內外滾動直線導軌的研究現(xiàn)狀 . 1 內的研究現(xiàn)狀 . 1 外的研究現(xiàn)狀 . 2 究的內容及意義 . 2 究的內容 . 2 究的意義 . 3 2 機床滾動直線導軌整體設計 . 4 床的整體布局 . 4 軌的性能分析 . 4 要零部件的設計 . 5 板箱的設計 . 5 柱的長度設計 . 5 柱的數量 . 6 3 導軌的直線度分析 . 8 線度的定義 . 8 線度測量方法 . 9 線度評定方法 . 9 4 滾珠絲杠的剛度計算 . 11 珠絲杠的軸向剛度計算 . 11 杠軸的軸向剛度 . 11 母的軸向剛度 . 12 撐軸承的軸向剛度 . 12 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 結 . 12 總結 . 13 參考文獻 . 14 致謝 . 16 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 1 緒論 題的研究背景 隨著新中國的改革開放，我國在科學技術上以借鑒為主要的發(fā)展動力。近四十年來，國內的制造業(yè)規(guī)模突飛猛進。但是制造業(yè)的技術相較于發(fā)達國家仍有巨大的差距，國際的頂尖高端技術產品我們沒有知識產權，只能依賴反求工程制造高仿，或者付出昂貴的代價購買國外的產品，加上國際制造業(yè)的壟斷。我國制造業(yè) 向技術型產業(yè)的轉變舉步維艱。 這個世紀，隨著國內技術的提高和大量人才的引進，制造業(yè)正迎來新的變革。制造業(yè)由粗放型向技術性的轉變，首先就是產品的加工精度。而滾動直線導軌作為新興的導向部件，動靜摩擦系數非常的小，定位精度又要求非常的高，相應速度快，實現(xiàn)其高速的精確的運動。滾動直線導軌已大批量用于機床的各個部分。采用滾動直線導軌能保證機床的加工精度，并且可以提高效率。滾動直線導軌已被廣泛應用在人們生活的各行各業(yè)中。 就目前來說，歐美等少數發(fā)達國家具有生產加工高質量導軌能力的企業(yè)，國家的扶持和國內的需已經加快了 國內的企業(yè)投資，但國內的滾動直線導軌制造還是以反求工程為主，也就是對產品的高仿，產品的承載能力、運動精度均不達標。其根源在于理論欠缺、起步較晚，研究方法遠遠不夠。 內外滾動直線導軌的研究現(xiàn)狀 內的研究現(xiàn)狀 我國從上世紀 80 年代才開始進行滾動導軌副方面的研究，由于國內缺乏自主研發(fā)能力，產品質量與國外的相差很大。最近三四十年，國內加大了對滾動導軌的重視，扶持相關產業(yè)，但是依然有很大的差距。在國內，生產的滾動直線導軌質量參差不齊、生產成本非常高、規(guī)格不夠齊全，生產效率非常低，并且擁有先進生產能力的公司屈指可數 ，根本不能與國外相媲美。 國內關于滾動導軌的理論研究開始于上世紀 80 年代，其中， 1986 年南京研制出了型號為 徑向型滾動導軌副標志著我國開始自主研發(fā)，標志著我國開始制造滾動直線導軌。目前，關于滾動導軌的可研究的內容越來越多，包括滾動導軌的性能分析、運行平穩(wěn)性、結構優(yōu)化、精度、導軌的加工等等，國內下一買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 步的研究正在向更深度發(fā)展。 其中，華中科技大學對滾動導軌的靜剛度進行了研究，得到了一種新的導軌剛度計算方法；東南大學主要對滾動導軌的結合面進行了研究，也獲得了相當的結果；東北大學和西安理工大學也對滾動導 軌的結合面進行了研究，但研究的結果重點有所不同。前者主要研究了導軌的靜、動剛度，后者主要對導軌結合面的變形進行了研究，提出了變形數學計算的一般公式。 綜上可知，國內對滾動導軌的設計生產、精度分析、壽命分析都投入大量的精力，滾柱導軌的研發(fā)必定走向成熟。由于我國在研發(fā)方面先天不足，因此更應該加速對其的研究 13。 外的研究現(xiàn)狀 當下，國外發(fā)達國家在滾動直線導軌的生產制造方面較強，日本的直線滾動導軌產量達到世界的 50%，但他們卻導軌的研究資料處于高度的保密狀態(tài)?？偟膩碚f，國外對滾動直線導軌的各個方面基 本上都進行了研究，并獲得了一定的成果，這些成果都有助于滾動導軌的發(fā)展： 日本學者對導軌進行了剛度的分析，他們研究了究導軌的剛度改變；有人還提出了導軌的剛度與所受外載的關系，并將這定量化、具體化。根據研究結果，他們還研究了導軌平穩(wěn)性、定位精度等與導軌不同預載的關系。國外學者也研究導軌的額定壽命。日本學者對導軌壽命進行研究。他們總結出了導軌的壽命通用計算公式，和特定場合的壽命計算公式。 日本學者對導軌摩擦也進行了研究，得到了導軌摩擦力的數學模型導軌的潤滑和精度方面也有人研究，德國學者對導軌振動做了研究，總結出 自己的模型。其中德國的阿亨工業(yè)大學，它對滾動導的靜態(tài)特性和動態(tài)性能進行了許多實驗研究研究。 總之，國際上的學者對滾動直線導軌的方方面面都進行了研究，并且都取得了一定的成果，他們的研究水平也是遠超國內的水平。 究的內容及意義 究的內容 本課題結合國內工科院校對滾動直線導軌的研究成果，主要對一種滾動直線導軌進行零部件的設計、軌道副的性能分析、精度研究、剛度分析和安裝的技術買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 研究，主要研究內容包括以下幾個方面： （ 1）結合國內外軌道的發(fā)展現(xiàn)狀，完成機床滾動直線導軌的總體設計和主要零部件的設計與選擇； （ 2）對 軌道副進行性能的分析，通過對其進行概念設計，對其的進行靜態(tài)分析； （ 3）對導軌進行精度分析，在導軌設計加工中提高導軌精度，對導軌進行研磨加工； （ 3）對主軸接觸剛度及預緊進行研究；以便對導軌的相關的部件進行以后的分析； （ 4）對導軌進行安裝的技術研究，通過分析其安裝時的基面誤差，強度計算以此來提高其安裝精度。 究的意義 國內滾動直線導軌起步較于世界相對來說比較晚，理論上十分匱乏。導軌裝配過盈量的控制方面也沒有理論體系。導軌受力滾動體的運動情況十分的復雜，那么他的摩擦機理就更是十分的復雜。對受力滾動體的運動 研究，還有摩擦特性研究都有十分重要的意義。當然對于全面的了解導軌工作情況也是重要的。滾動直線導軌精度、剛度和軌道副的安裝也有待于研究。因此，對滾動直線導軌的設計和相關技術的研究具有一定的實際意義。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 2 機床滾動直線導軌整體設計 床的整體布局 對滾動直線導軌進行研究，先要明確機床技術參數，然后根據技術參數選擇合適的導軌整體布局，最后按照設計原則對導軌零部件進行設計。機床的布局對機床的整體性能有著很大的影響，主要是由機床的使用所決定，機床就目前來說，正在朝著智能化、小型化和及精密化的發(fā)展方向。機床最常見的布局主 要有以下4 種： （ 1）十字形布局，兩個成“十”字型導軌做平面運動，刀架裝在上面工作，這時導軌各項精度在技術上是一個很大的難題； （ 2） 式，刀架導軌布置在工作臺上，工作臺一方面可以做回轉運動，另一方面又可以做上下運動，此種布局的刀架導軌要隨著半徑和角度的變化而變化，現(xiàn)實中難以加工，應用較少； （ 3）立式結構，立式結構主要是提高承載性，適用于特別笨重粗大的機械中，較常見的為加衡量的結構。 （ 4） T 形布局，刀架橫向運動，主軸箱縱向運動。 T 形結構，兩個垂直導軌都在床身上，故兩者相互獨立，相互不干擾可以提高導 軌的精度。 導軌按照是否封閉分為：半封閉式與封閉式結構。半封閉式的優(yōu)點是：承載能力高，缺點是：只能臥式存放，非常容易的變形，全程運動的直線度低；封閉式導軌的優(yōu)點是：運動的直線度高，導軌可臥式又可立式存放。綜上所述：本課題研究的滾動導軌要求承載能力高，重量盡量輕，因此選用半封閉式結構。 軌的性能分析 半封閉式結構的機床對導軌所需要以下性能： （ 1）機床主要用于車削，需要實現(xiàn)雙向運動，并且運行平穩(wěn)，導軌低速運行性能較好； （ 2）導軌具有一定的導向精度和定位精度，導軌有很高的幾何精度，導軌的直線精度應達到 m/100 （ 3）總體來說，全部滾動體的直徑差小于 2 m，單組滾動體的直徑差小于1 m； 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 （ 4）導軌表面擁有較好的光潔度，較高的接觸精度，導軌表面需進行研磨；導軌要操作簡單、維修方便 411。 要零部件的設計 機床的整體布局和導軌性能確定以后，然后需要對機床的導軌系統(tǒng)進行零部件的相關設計。機床由主軸系統(tǒng)和刀架系統(tǒng)組成，而主軸系統(tǒng)中的主軸導軌系統(tǒng)和刀架中的刀架導軌系統(tǒng)都包括溜板、導軌和導軌傳動系統(tǒng)等組成。 板箱的設計 溜板與主軸相連，他的作用是支撐主軸，所以主軸的大小直接決定了溜板的尺寸。在半封閉式結構中，我們設計兩側溜板，也就是左、右各有一排。導軌與溜板的對接在導軌系統(tǒng)中起著非常重要的作用，它將直接影響了導軌的使用。本此用滾珠將溜板與導軌體連接在一起，連接圖如圖 2示： 1 2 3 4 5圖 2柱直線導軌總裝圖 導軌與溜板之間的滾柱是對稱的，滾柱之間用保持架確保其等距離的分布，滾柱和保持架他們要做直線運動。為了防止?jié)L柱發(fā)生左右方向上的側滑，所以在滾柱的上下兩 邊設計了滾槽，這樣就可以阻止其側滑。 柱的長度設計 溜板及傳動系統(tǒng)的幾何大小直接決定了導軌的截面尺寸，溜板與滾柱之間的相對運動情況如圖 2示： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 圖 2板、滾珠相對運動圖 從上圖可知，在滿足了導軌的最大位移量的情況下，還要滿足及主軸安裝尺寸，之后就會說應盡可能減小運動件的長度。 m a xm a e l a b a b a c c b e l 式中： L 溜板的最短長度； e 運動保險量，一般情況下取 10 計取 350 平行導軌之間 的最大位移量，本次取 300218。 柱的數量 滾動體的數量決定了導軌的承載能力，滾柱太少，承載能力差，滾柱的制造誤差會直接較大程度的影響位置精度；滾柱太多，增大滾動體上壓力的分布不均勻性，會降低剛度。實驗表明，一個承受載荷比較均勻的滾動體，滾動體數目必須滿足： z G/(4b) 式中： 步取 2000N； 次取 14觸面積上的最大壓應力滿足下式： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 m a x 0 . 4 1 8 / l R式中： S 系統(tǒng)的設計安全系數，根據經驗取為 5； 據實際取 2000N； l 每個滾柱單體的長度，取 14 R 單個滾柱的半徑，取 5 過查機械設計手冊本次取取 36000文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 8 3 導軌的直線度分析 機床中導軌的各項精度直接決定了其他零部件的運行精度，所以，導軌的精度非常的重要。 在生產制造中，導軌的加工與檢測是一個整體，因此，檢測手段一定會隨著加工技術的提高而不斷的提升、不斷地發(fā)展。在導軌所有的精度測量中，直線度測量一切測量的基礎，幾乎所有的軌道精度中都會有直線度測量。隨著高新科技的發(fā)展，直線度測量的精度以突破 m/m。 線度的定義 直線度經常用其誤差數值來進行表示，直線度誤差指的是“被測實際直線與理想直線的相偏差的量”，理想直線要盡可能地包括被測實體，而且要盡可能的小，不能大。根據國家標準 1182規(guī)定，直線度公差帶需要與直線度誤差相對應。在此，列出直 線度誤差常用的三種形式： 圖 3 a） 圖 3a）所顯示的是在單一的平面內，表示的是兩條包容直線在相離最近的兩平行線之間的距離。 圖 3b） 圖 3b）所顯示的是在給定的方向上，表示的是兩條包容直線在相聚最近的兩平行面之間的距離。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 圖 3c） 圖 3-1(c)所顯示的是任意方向上，表示的是包容兩條直線、直徑最小的圓柱。 線度測量方法 導軌直線度的檢測可分為有基準的測量和無基準的測量兩大類，有基準的測量，他的測量原理是將被測直線與所選的標準直線進行比較，例如：自準直儀法、激光干 涉法和衍射法；無基準的測量，他的測量原理是在被測面上取一定量的測試點，然后對數據進行一定的處理，例如：數據覆蓋耦合法、多面互檢法和直尺翻轉組合法。 通常情況下，利用水平儀和橋板對導軌直線度進行測量，結果是通過一條近似曲線來確定導軌的直線度誤差，這個適用于長導軌直線度的測量。而在機床的導軌直線度測量中，可行且方便使用的是直尺反轉測量誤差分離法。 線度評定方法 直線度的評定方法一般包括以下 3 種：兩端點連線法，最小包容區(qū)域法和最小二乘法，現(xiàn)將這 3 種評定方法進行總結，如表 3示。 表 3線度評定方法的優(yōu)缺 點比較 名稱 原理 優(yōu)缺點 使用條件 兩端點線法 建立直線方程，由數據點坐標求出方程參數，再求直線的誤差值，最終結果就是最大正、負偏差之差作為 理想直線的確定不是特別的合理，誤差很大，但計算簡單，方便上手 普遍應用，求解簡單快速 最小包容區(qū)域法 用兩條距離為最短的直線包括被測直線 國家標準規(guī)定的評定方法；計算復雜，做圖中經常使用 當要求嚴格時，或對結果存在爭議時使用 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 10 最小二乘法 測出各點相對于始點的累計值，找到一條相對直線，求各點到該直線上的距離的平方為最小 曲線的偏差值極小，結果更符合 最小條件 數學上容易實現(xiàn) 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 11 4 滾珠絲杠的剛度計算 珠絲杠的軸向剛度計算 本次的研究中，滾珠絲杠副和滾柱的作用就是連接導軌和溜板。此處的的軸向剛度也就是滾珠絲杠副的軸向剛度，只有計算出滾珠絲杠副的軸向剛度才能確定動態(tài)特性參數。其模型如圖 4示： 圖 4珠絲杠簡圖 1 2 3 4顯然，絲杠傳動的軸向剛度 K 可表示為： 1 1 1 1s N K K 式中 : K 表示滾珠絲杠系統(tǒng)的軸向剛度； 杠軸的軸向剛度 絲杠軸的軸向剛性也是非常重要的，較高的軸向剛度表明絲杠具有較好的抵抗軸向變形的能力。絲杠的安裝方法會直接的或者間接的影響絲杠軸的軸向剛度，如上所述，本次采用固定 法，求解絲杠軸的軸向剛度的計算公式如下所示： 1000s 式中 : 1 4 3 2 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 12 母的軸向剛度 本次的絲杠對其進行軸向施加一定的預緊力，一般情況下預緊力的大小取額定載荷的 10%，稱為標準預緊力。當軸向預緊力的大小為標準施加的負荷時，其螺母的理論軸向剛度值可在書上查到，當軸向預緊力的大小不是標準施加的負荷時，可通過以下的公式計算： 1 / 30( ) 0 . 80 . 1式中： K 表示剛性值； 0 撐軸承的軸向剛度 支撐軸承的軸向剛度，只有先確定軸承的型號，然后根據型號確定其基本參數。角接觸軸承軸向剛度的計算如下所示： 001230030 ()s i ns i 式中：0N/ m； 0a Q N； 角； z 1924。 結 本章主要研究了滾珠絲杠的軸向剛度，絲杠軸的軸向剛度，螺母的軸向剛度，支撐軸軸承的軸向剛度，為以后直線導軌的設計提供了良好的基礎條件。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 13 總結 本文根據畢業(yè)設計任務書是滾動直線導軌設計及相關技術研究，具體做了以下幾個方面的內容： （ 1）通過閱讀國內外的文獻， 學習和掌握滾動直線導軌的有關知識，了解其關鍵技術及發(fā)展現(xiàn)狀；了解數控機床、加工中心對直線導軌的要求；總結滾動直線導 軌的設計要點、技術關鍵及發(fā)展方向； （ 2）確定了機床的整體布局方式，對機床導軌性能進行分析；分析了溜板箱的設計，滾珠的長度和數量的相關設計。 （ 3）對導軌的直線度進行分析，通過直線度的定義，直線度的測量方法和評定方法來展開計算研究。 （ 4）對滾珠絲杠的剛度計算，通過對滾珠絲杠、絲杠軸、螺母和支撐架的軸向剛度分析，計算了解滾珠絲杠的承載能力，以更好地配合直線導軌。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 14 參 考 文 獻 1 黃祖堯 床， 1993， 10： 462 熊軍 度動態(tài)綜合檢測原理及方案研究 2002 3 日本精工株式會社 機制品樣本 4 孫健利 華中理工大學學報， 1997（ 3）：345 劉建素等 制造技術與機床， 1994（ 6）： 256 on 986,52(10):597 1993,7(115):35 42 8 袁哲俊，王先奎 M 版 械工業(yè)出版