_直线导轨副四列式圆弧沟槽设计

直 线 导 轨 副 四 列 式 圆 弧 沟 槽 设 计江 苏 瑞 安 特 机 械 有 限 公 司 （ !“#） 张 国 梁 周 建 伟 徐 静 王 克 军滚 动 直 线 导 轨 副 在 数 控 机 床 中 得 到 越 来 越 广 泛 的 应 用 ，同 时 对 滚 动 直 线 导 轨 副 的 要 求 也 越 来 越 高 ， 要 求 能 长 时 间保 持 高 精 度 状 态 ， 容 易 获 得 很 高 的 直 线 运 动 精 度 ， 能 够 进行 高 速 直 线 运 动 ， 噪 声 较 低 ， 长 期 工 作 磨 损 较 小 等 等 。本 文 就 滚 动 直 线 导 轨 副 钢 球 接 触 部 曲 率 半 径 （ 圆 弧沟 槽 ） 设 计 进 行 初 步 探 讨 。装 配 图 结 构 如 图 !， 在 滚 动 直 线 导 轨 副 中 ， 钢 球 是导 轨 和 滑 块 之 间 的 连 接 体 。 钢 球 在 导 轨 的 四 个 圆 弧 面 上滚 动 ， 同 时 也 在 滑 块 内 腔 的 四 个 圆 弧 面 上 滚 动 。 通 过 预加 载 荷 使 钢 球 导 轨 、 滑 块 圆 弧 面 产 生 弹 性 变 形 ， 产 生 预压 ， 由 此 可 长 时 间 保 持 直 线 滚 动 运 动 。图 !设 计 四 方 向 等 载 荷 滚 动 直 线 导 轨 副 钢 球 接 触 部 （ 圆弧 沟 槽 ） 的 曲 率 半 径 的 方 法 一 般 有 如 下 几 种 ：（ !） 以 钢 球 半 径 作 为 接 触 部 的 曲 率 半 径 ， 即 在 设 计导 轨 、 滑 块 四 个 圆 弧 面 的 曲 率 半 径 时 ， 就 以 标 准 钢 球 的半 径 作 为 曲 率 半 径 。这 种 设 计 使 钢 球 与 圆 弧 面 的 包 容 面 得 到 最 大 ， 在 轻载 低 速 以 及 振 动 要 求 很 高 的 情 况 下 ， 得 到 很 好 的 应 用 。但 是 ， 当 曲 率 半 径 等 于 钢 球 半 径 时 ， 由 于 包 容 面 很 大 ，存 在 以 下 缺 点 ：!使 钢 球 与 圆 弧 面 的 摩 擦 阻 力 增 大 ， 磨 损 急 剧 加大 ， 长 期 使 用 精 度 下 降 很 快 。“由 于 摩 擦 阻 力 增 加 ， 则 驱 动 动 力 增 大 ， 导 致 机器 本 身 成 本 上 升 。#在 高 速 运 动 时 ， 温 升 较 快 ， 变 形 量 大 。因 此 ， 用 这 种 曲 率 半 径 的 设 计 而 制 作 的 直 线 导 轨 副是 不 能 适 应 数 控 机 床 使 用 的 。（ “） 钢 球 接 触 部 采 用 近 似 于 钢 球 半 径 的 曲 率 半 径 的! 沟 槽 形 状 设 计 （ 如 图 “） 。 这 种 形 状 称 为 双 圆 弧 构 造 设计 ， 即 在 导 轨 和 滑 块 的 四 个 圆 弧 面 上 ， 采 用 略 大 于 钢球 半 径 的 曲 率 半 径 作 为 导 轨 、 滑 块 的 四 个 圆 弧 半 径 。双 圆 弧 构 造 设 计 有 两 种 方 法 ：一 种 方 法 是 在 导 轨 的 四 个 圆 弧 面 上 确 定 一 略 大 于 钢球 半 径 的 圆 弧 !， 在 滑 块 内 腔 的 四 个 圆 弧 面 上 确 定 同 一略 大 于 钢 球 半 径 的 圆 弧 !。另 一 种 方 法 是 在 导 轨 的 四 个 圆 弧 面 上 确 定 两 个 略 大于 钢 球 半 径 的 同 一 圆 弧 !， 在 滑 块 内 腔 的 四 个 圆 弧 面 上确 定 同 一 两 个 略 大 于 钢 球 半 径 的 圆 弧 !， 这 种 设 计 方 法也 称 四 点 歌 德 式 拱 形 接 触 构 造 设 计 。图 “分 析 ：!双 圆 弧 接 触 构 造 设 计 具 有 容 许 负 荷 大 的特 点 。 以!#$%& 钢 球 为 例 ， 其 容 许 负 荷 为 %$#!()，而 在 平 面 接 触 构 造 设 计 ， 其 容 许 负 荷 为 *$“+()， 前 者 是后 者 的 !% 倍 。 因 而 这 种 设 计 的 直 线 导 轨 副 的 使 用 寿 命达 到 了 额 定 负 荷 的 % 次 方 ， 大 幅 度 地 提 高 了 使 用 寿 命 。“双 圆 弧 接 触 构 造 设 计 的 滚 动 直 线 导 轨 副 差 动 滑动 量 小 ， 具 有 优 异 的 钢 球 旋 转 运 动 特 性 （ 滚 动 特 性 ） 。双 圆 弧 接 触 构 造 设 计 的 特 点 是 ， 差 动 滑 动 量 比 较 小 ， 所谓 的 差 动 滑 动 量 是 由 钢 球 接 触 部 最 大 直 径 “与 最 小 直径 “!产 生 的 滑 动 量 。这 个 滑 动 量 称 为 “ 差 动 滑 动 量 ” ， 差 动 滑 动 量 会 造成 不 必 要 的 摩 擦 滚 动 。 如 图 % 所 示 ： 钢 球 旋 转 时 产 生 的%,冷 加 工 !“#年 第 $“期!“机 床 -附 件 -工 装#$%&() *+,- . /%)-+0)- . 12340)差动滑动量如下：!“!#$ 滑动量图 %这种设计，!比!#的差值小，差动滑动量约为%& (&。而歌德式拱形构造设计则在 %)&以上。这个值越大，钢球则一边滑动，一边旋转，摩擦系数呈数十倍增长。磨损和摩擦阻力急剧增加。因而采用双圆弧构造设计，其优越性是十分明显的。“双圆弧构造设计能够长时间保持导轨副的高精度状态。通过四列式圆弧沟槽，配合 (*+的接触角，达到理想的两点接触的构造。由于钢球的弹性变形及接触点的偏移，在安装面存在少许偏差的情况下，也能被直线导轨滑块内部吸收，从而达到平滑而精确的运动。由于采用了双圆弧构造设计，从上述可知，其差动滑动量小，可获得近似于纯粹的滚动方式的直线导向，长时间运动而磨损极小。#承载负荷大。由于采用这种新型设计，采用钢球半径接近的沟槽半径，可获得较大的额定负载。与歌德式拱形接触构造相比，可提高 %)&以上的额定负荷。从以上分析容易看出，四方向等载荷滚动直线导轨副钢球接触部曲率半径的确定，采用双圆弧构造设计思路是可行的。其制造的直线导轨副是以加工中心为主流的所有机床及工业机械的最适合的滚动直线运动系统。（收稿日期： !)*),)#!）（上接第 %# 页）小滑板的侧边是我们采用创新方法调整小滑板的重要基准（请参见图 (）。车床小滑板的制造，按照工艺规程的规定，它的导轨面和侧边应在一次装夹中加工完成的，因而它们之间是平行的。如果小滑板由于长期使用而损坏，在重新制造小滑板时，必须把小滑板的导轨面和侧边在一次装夹中加工完成，保证它们之间的平行。在采用第二种创新方法调整小滑板时，尾座套筒是调整小滑板的基准。因此，首先的是先检验尾座套筒是否与床身导轨平行。当移动溜板检验尾座套筒与床身导轨是否平行时，应使量表的测头对准尾座套筒的中心高度，同时使表测头的轴心线与套筒的表面母线相垂直，否则会产生检验误差的。如果因为工件长度较长，需用车床的尾座装置顶尖参与装夹的，尾座的位置（工件的水平径向位置）安装得正确与否，也会影响车成的锥度的精度的，纠正的方法同上。在车削锥度孔或锥度体时，车刀必须安装在工件的中心高度（即工件的运转中心的水平地置）处。车刀如果装得高于或低于工件中心，实践证明车成的锥度必然会出现如图 - 所示那样表面母线不直（呈双曲线形状）、小直径 ! 增大成为 !“、锥度斜角!变小成为!“等现象。为了保证圆锥面的精度和表面粗糙度，车刀的刀体必须具有足够的刚性，尤其是车削锥度孔时更为如此。切削刃应该始终保证锋利状态，进刀要均匀；同时还必须合理地选用切削速度，力求使锥度件的表面粗糙度#.$ #/0$1。如果没有达到理想的表面粗糙度，可用较细的砂布均匀地砂光工件的锥度表面，切不可用锉刀来修饰圆锥体的表面，亦不可用刮刀去修光锥度孔的内壁，否则都将会严重影响锥度的精度。值得注意的是：在使用细砂布来砂光锥度表面时，必须掌握均匀程度，同时也只能略微地砂磨少许，否则也会影响锥度的精