滚动直线导轨设计及相关技术研究毕业论文

1、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ILinear guides design and related technology r

2、esearchAbstract: Now, the worlds manufacturing industry need high requirements for the machining, that is, the performance of the machine have higher requirements. For example: high speed, high rigidity and precision. The level of development of machine tools is an important indicator to measure a countrys industry. Machine tool spindle assembly consists of two parts and the rail, and the importance of rail to be stronger, in which the linear motion guide large advantages, it is widely used in C

3、NC machine tools and other industries.This paper studies the structure of the overall layout of the machine, straightness track analysis, as well as ball screw stiffness calculation, are now described in detail here.(1)First, by reading literature at home and abroad to understand the overall structure of the machine, the paper first determine the overall layout of the machine, and then analyze the performance of the machine tool guide; on the apron of the computational design of balls the length

4、 and number were related to the design.(2)Next, the straightness of the rail is analyzed by the definition of straightness of analysis, synthesis, comparison measurement method and evaluation method selection straightness.(3)Finally, the stiffness of the ball screw is calculated by the axial stiffness of the ball screw, screw shaft, nut and the support frame is calculated by formula analysis to calculate the carrying capacity of the ball screw to better fit linear guidKeywords:linear guides, str

5、aightness,ball screws, selectionII目 录摘要.Abstrat.目录III1绪论11.1课题的研究背景11.2国内外滚动直线导轨的研究现状11.2.1国内的研究现状11.2.2国外的研究现状21.3研究的内容及意义21.3.1研究的内容21.3.2研究的意义32机床滚动直线导轨整体设计42.1机床的整体布局42.2导轨的性能分析42.3主要零部件的设计52.3.1溜板箱的设计52.3.2滚柱的长度设计52.3.3滚柱的数量63导轨的直线度分析83.1直线度的定义83.2直线度测量方法93.3直线度评定方法94滚珠丝杠的刚度计算114.1滚珠丝杠的轴向刚度计算114.2丝杠轴的轴向刚度114.3螺母的轴向刚度124.4支撑轴承的轴向刚度124.5小结12总结13参考文献14致谢16IV1 绪论1.1 课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，

6、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。1.2 国内外滚动直线导轨的研究现状1.2.1 国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

7、、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GGA25的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。1.2.2 国外的研究现状当下，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%，

8、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。1.3 研究的内容及意义1.3.1 研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研究，主要研究内容包括以

9、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。1.3.2 研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。32 机床滚动直线导轨整体设计2.1 机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）R-形式，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

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