开题报告-滚动直线导轨设计及相关技术研究

毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文 献 综 述1. 滚动直线导轨的工作原理滚动直线导轨副是由导轨、滑块、滚动体、返向器、保持架、密封端盖及挡板等组成。当导轨与滑块作相对运动时，钢球就沿着导轨上的经过淬硬和精密磨削加工而成的四条滚道滚动，在滑块端部钢球又通过返向装置（返向器）进入返向孔后再进入滚道，钢球就这样周而复始地进行滚动运动。返向器两端装有防尘密封端盖，可有效地防止灰尘屑末进入滑块内部。滚动直线导轨副是在滑块与导轨之间放入适当的钢球使滑块与导轨之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，大大降低二者之间的运动摩擦阻力，从而获得：动、静摩擦力之差很小，随动性极好，即驱动信号与机械动作滞后的时间间隔极短，有益于提高数控系统的响应速度和灵敏度。驱动功率大幅度下降，只相当于普通机械的十分之一。导轨副滚道截面采用合理比值的圆弧沟槽，接触应力小，承接能力及刚度比平面与钢球点接触时大大提高，滚动摩擦力比双圆弧滚道有明显降低。导轨采用表面硬化处理，使导轨具有良好的可校性；心部保持良好的机械性能。简化了机械结构的设计和制造 1。直线导轨又称线轨、滑轨、线性导轨、线性滑轨，用于直线往复运动场合，拥有比直线轴承更高的额定负载，同时可以承担一定的扭矩，可在高负载的情况下实现高精度的直线运动.直线轴承主要用在自动化机械上比较多,像德国进口的机床,纸碗机,激光焊接机等等,当然直线轴承和直线轴是配套用的.像直线导轨主要是用在精度要求比较高的机械结构上,滑块-使运动由曲线转变为直线。新的导轨系统使机床可获得快速进给速度，在主轴转速相同的情况下，快速进给是直线导轨的特点。直线导轨与平面导轨一样，有两个基本元件；一个作为导向的为固定元件，另一个是移动元件。由于直线导轨是标准部件，对机床制造厂来说唯一要做的只是加工一个安装导轨的平面和校调导轨的平行度。当然，为了保证机床的精度，床身或立柱少量的刮研是必不可少的，在多数情况下，安装是比较简单的。作为导向的导轨为淬硬钢，经精磨后置于安装平面上。与平面导轨比较，直线导轨横截面的几何形状，比平面导轨复杂，复杂的原因是因为导轨上需要加工出沟槽，以利于滑动元件的移动，沟槽的形状和数量，取决于机床要完成的功能。例如：一个既承受直线作用力，又承受颠覆力矩的导轨系统，与仅承受直线作用力的导轨相比设计上有很大的不同 23。直线导轨的移动元件和固定元件之间不用中间介质，而用滚动钢球。因为滚动钢球适应于高速运动、摩擦系数小、灵敏度高，满足运动部件的工作要求，如机床的刀架，拖板等。直线导轨系统的固定元件(导轨)的基本功能如同轴承环，安装钢球的支架，形状为“v”字形。支架包裹着导轨的顶部和两侧面。为了支撑机床的工作部件，一套直线导轨至少有四个支架。用于支撑大型的工作部件，支架的数量可以多于四个。机床的工作部件移动时，钢球就在支架沟槽中循环流动，把支架的磨损量分摊到各个钢球上，从而延长直线导轨的使用寿命 4。为了消除支架与导轨之间的间隙，预加负载能提高导轨系统的稳定性，预加负荷的获得是在导轨和支架之间安装超尺寸的钢球。钢球直径公差为20 微米，以 0.5 微米为增量，将钢球筛选分类，分别装到导轨上，预加负载的大小，取决于作用在钢球上的作用力。如果作用在钢球上的作用力太大，钢球经受预加负荷时间过长，导致支架运动阻力增大。这里就有一个平衡作用问题；为了提高系统的灵敏度，减少运动阻力，相应地要减少预加负荷，而为了提高运动精度和精度的保持性，要求有足够的预加负数，这是矛盾的两方面工作时间过长，钢球开始磨损，作用在钢球上的预加负载开始减弱，导致机床工作部件运动精度的降低。如果要保持初始精度，必须更换导轨支架，甚至更换导轨。如果导轨系统已有预加负载作用。系统精度已丧失，唯一的方法是更换滚动元件。导轨系统的设计，力求固定元件和移动元件之间有最大的接触面积，这不但能提高系统的承载能力，而且系统能承受间歇切削或重力切削产生的冲击力，把作用力广泛扩散，扩大承受力的面积。为了实现这一点，导轨系统的沟槽形状有多种多样，具有代表性的有两种，一种称为哥待式(尖拱式)，形状是半圆的延伸，接触点为顶点；另一种为圆弧形，同样能起相同的作用。无论哪一种结构形式，目的只有一个，力求更多的滚动钢球半径与导轨接触(固定元件)。决定系统性能特点的因素是：滚动元件怎样与导轨接触，这是问题的关键 5。2. 直线导轨的国内外的发展现状（1）国内发展现状目前，国外生产滚动直线导轨副的厂商主要集中在美国、英国、德国及日本等国家。国内在滚动直线导轨副的制造方面还处于初始阶段，与国外相比，仍有差距，主要表现为：品种少、产量小、使用寿命低，噪音大，加工工艺也不如国外先进。以广东凯特精密机械有限公司、南京工艺装备制造厂为代表的国内企业，正在努力缩小这种差距，他们的部分产品已经具有国际先进水平。直线滚动导轨副的发展趋势滚动直线导轨副的新类型、新功能目前在不断涌现，并正在向组合化、集成化、高速、低噪音、智能化方向发展。(2)国外发展现状THK 公司采用滚珠保持架与滚珠构成一体，保持滚珠平稳的进行循环运动，消除了滚珠间的相互摩擦，开发了噪声低、免维修、寿命长、速度可达 300m/min 的超高速直线运动的 SSR 导轨副，并已开始推广。该导轨副实现了 100m/min 运动速度下噪声小于50dB，摩擦波动幅度减少到以往产品的 1/5。另外，通过了一次加油脂 2cm3，运行2800km 的试验。今后带滚珠保持架的直线运动导轨副将逐渐成为高档数控机床选用的主流 69。HIWIN 智慧型 PG 系列直线导轨，PG 系列整合线性滑轨及编码器于一体，大幅增加空间效益。 兼具线性滑轨高刚性及磁性编码器高精度之优点。内藏式尺身及感应读头，不易受外力破坏。 讯号感应属非接触性，产品寿命长。 可做长距离之量测 (磁性尺身部份可达 30m)。量测特性，不因含油、水、粉尘及切削屑之恶劣工作环境而改变;另对震动、噪音及高温之环境亦可胜任。 分辨率佳。 安装容易 1012。（3）新材料制造的滚动直线导轨副由于用户要求的多样化及使用环境的不同，出现了用新材料制造的滚动直线导轨副。例如，采用不锈钢制作的产品，其导轨轴、滑块、钢球、密封端和保持器均采用不锈钢材料制作，而反向器采用合成树脂，故耐腐蚀性提高。对于要求高温和真空用途时，反向器可以采用不锈钢材。此外，用陶瓷材料制造的滚动直线导轨副将会得到开发应用。目前，在恶劣环境即高粉尘浓度、强酸、强碱和高腐蚀场合使用直线导轨还有一定的局限性。但随着直线导轨技术的日益完善，以及直线导轨具有高速性与控制性等诸多突出的优点，以及丰富的类型和功能，可以预期，此机构作为一个功能部件将越来越多地用在数控机床等机械设备上 1315。参考文献：1王盘铭 程远雄 孙健利 . 基于误差均化功能的滚动导轨的高精度安装J. 机械工人（冷加工）, 2006,(5) . 2黄新 程远雄 孙健利 . 机床用滚动直线导轨副安装技术分析 J. 制造技术与机床, 2005,(2) .doi:10.3969/j.issn.1005-2402.2005.02.033 . 3徐起贺 孙健利 . 滚动直线导轨副的结构特点与性能分析 J. 机床与液压 2002,(3) .doi:10.3969/j.issn.1001-3881.2002.03.044 . 4徐起贺 . 滚动直线导轨副的特点、现状及发展动向 J. 机械制造, 2001,(2) .doi:10.3969/j.issn.1000-4998.2001.02.008 . 5喻忠志 . 我国滚动直线导轨副的发展及趋势 J. 制造技术与机床, 2006,(7) .doi:10.3969/j.issn.1005-2402.2006.07.005 . 6周传宏 孙健利 杨叔子 . 滚动直线导轨副的振动模型研究 J. 机械设计, 1999,(2) .doi:10.3969/j.issn.1001-2354.1999.02.008 . 7孙健利 方健 程远雄 . 基于 ISO 14728-2 标准滚动直线导轨副额定静载荷分析 J. 制造技术与机床, 2006,(2) .doi:10.3969/j.issn.1005-2402.2006.02.040 . 8方健 程远雄 孙健利 . 基于 ISO 14728-1 标准滚动导轨副动载荷和寿命分析 J.制造技术与机床, 2006,(8) .doi:10.3969/j.issn.1005-2402.2006.08.037 . 9孙健利 黄新 . 滚动直线导轨副的应用技术 J. 机械工人(冷加工), 2004,(3) . 杨向东 . 轴承工作过程中摩擦状态的仿真分析研究 J. 广东科技, 2007,(8) .doi:10.3969/j.issn.1006-5423.2007.0810Yuan J X Tang x J wu s M . An application of DDS combined with FEM using condensation technique for machine tool design A. 1983 . Napitolela N G . A mass or stiffness addition technique for structural parameter updating J. 1992,7(03) . 11武友德 . TJK6916 数控落地镗铣床研发与关键技术研究 D. 2013 . 12郭成龙 袁军堂 王维友 夏玲玲 黄俊 . 滑动导轨结合面动刚度的试验研究 J. 中国机械工程, 2012,(9) 13孙伟 鲁明 汪博 闻邦椿 . 直线滚动导轨动力学特性分析方法研究 J. 制造技术与机床, 2011,(3) .doi:10.3969/j.issn14 Shigeo Shimizu . Load Distribution and Accuracy/Rigidity of Linear Motion Ball Guides System 1993,(27) . 15张沈生 . 直线导轨的原理及其应用 J. 洪都科技, 2004,(2) 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：2.1 本课题主要研究和解决的问题是滚动直线导轨的设计 钢球沿着 LM 轨道和 LM 滑块上经过精密研磨加工的 4 列滚动面进行滚动；通过组装LM 滑块上的回球器,使钢球列循环运动。LM 滑块采用保持板将钢球保持住,因此即使从 LM 轨道中抽出 LM 滑块,钢球也不会脱落（HSR8、10 和 12 型除外）。为使 LM 滑块上的 4 个作用方向（径向、反径向和侧向）均具有相同的额定载荷，各钢球列被设计成按接触角 45配置，因此无论何种姿势都可以使用。并且因能施加均等的预压，从而既能一边维持较低的磨擦系数，又加强了 4 个方向的刚性。同时,因断面高度低,并且对 LM 滑块进行了高刚性设计,从而能获得稳定的高精度直线运动。该图中：和为保持板 为 LM 滑块 为端盖板 为末端密封垫片 为油嘴 为侧面密封垫片 为内部密封垫片（配件） 为钢球 为 LM 轨道 2.2 本课题采用的研究手段（1) 通过查阅关于滚动直线导轨等方面的书籍和文献资料等，理解滚动直线导轨的工作原理，各部分构造，对所设计部分有了一定认识。综合资料整理出所设计部分的工作原理综合查阅的资料和以上工作原理，对设计部分进行一定改造，使之更为合理，简单。(2) 利用 Auto CAD 来绘制滚动直线导轨结构图。(3)考虑滚动直线导轨的额定负荷、直线导轨寿命、工作负荷、摩擦力、润滑等因素对它带来的影响。3.计划安排(1)全面了解该课题，查阅相关资料和文献，了解滚动直线导轨的发展现状，完成开题报告。(2)全面掌握滚动直线导轨的基础知