静密滚动直线导轨的参数选择与校核计算.pdf
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ln2机床与藏压)20015精密滚动直线导轨的参数选择与校核计算姜军生,杨祖孝(潍坊学院,山东潍坊261041)摘要:
本文提出了基于寿命要求与刚度要求的选型与校辑计算方法,给出了导轨类型、精度与预加载荷选择的参考依据为台理选择滚动直线导轨提供了理论依据。
关量词:
滚动直线导轨;寿命;选型;刚度校核0引言滚动直线导轨具有摩擦系数小,定位精度高,节约能源且适于高速运动等诸多优点,使其在数控机床等多种机械得到了广泛应用。
合理选择导轨诸参数,对于保证机床精度、延长导轨寿命和降低成本都具有十分重要的意义本文就精密滚动直线导轨类型、精度、预加载荷结构参数选择及静刚度校核计算等问题进行探讨。
1精密滚动直线导轨的选择与计算方法
(1)类型选择滚动直线导轨的类型主要是依据不同类型导轨的特点和具体设计要求进行选择。
TblK滚动直线导轨类型可参照表1进行选择。
裹1滚动I城导轨类型选择类型适用范围类型适用范围1加工中心2NC车床3重型切削机床x,y,1印刷线路板组装机械z轴H皿4磨床研磨台进给轴HRA2测量仪器5要求高精度,大力矩陬T3工具自动交换装置时4各种自动装配机械6有特殊装配精度要求的装配机械1EObl加工机x、nz轴1大型平面磨床2精密平台2工具磨床陬SR3NC车床x、z轴3测试仪器4组合机械手4高速输送机械5输送机械11C制造机械BSR1医疗器械RsR2办公自动化机械l2线切割机械Uv轴3薄片输送装置3检查装置W4印刷线路板装配平台
(2)精度选择滚动直线导轨的精度包括行走平行度(运动精度)、高度和宽度尺寸精度、同一导轨上使用多滑块及同平面上使用多根导轨时其高度与宽度的尺寸变动量,其精度等级有普通级、高级(H)、精密级(P)、超精密级(sP)、超超精密级(UP)。
数控机床滚动直线导轨精度等级的选择见表2。
(3)滑块栽荷计算由于机床工作台多采用四滑块或六滑块滚动直线导轨,下面仅就四滑块和六滑块滚动直线导轨副的滑块载荷进行计算。
四清块工作台滚动直线导轨载荷计算襄2机床滚动直线导轨精度等擐选择机床类型坐标导轨精度等级机床类型坐标导轨精度等缀教控幢铣加工口PHxPH数控磨床中心PHPH电火花加工机PItPH数控车床康HPH坐标镗(虢)PHx,It普通缎普通KtY,廉PH普通缓数控十字精古PH术材加工_机械xyH普通冲压、剪裁、数控雕刻机H普通xPH昔通弯管机四滑块工作台的载荷情况如图1所示。
将作用于工作台的力和力偶矩(不包括滑块作用于工作台的力)按照力的平移法则向坐标原点简化,得到一合力矢,和一舍力偶】If。
根据空间力系的平衡条件和工作台受力后的变形协调条件,得到如下方程组:
向麓转图1l+2+3+4+=0S1+S2+S3+S44-兰0(Rl+2一3一4)L22+Mx=0(2+4一lR3)LI24-:
0(SIS2+S3一S4)12+Mz:
0Rl+R4=R2+R3S1=S1S2=S4解此方程组得:
R1:
Mr2LiMx2LzFz,4R2=一MY坨L1一Mx2Fz4R3=MY2L+Mx2L2一Fz4=Mx2L2一MY坨L1一Fz,4Sl=S3=一Mz2LiFy4s2:
s4:
Mz2L1一FYH六滑块工作台载荷计算维普资讯http:
/机床与液压2001ND51O3六滑块工作台载荷情况如图2所示。
依照四滑块工作台载荷计算的类似方法,得出六滑块工作台的载荷计算公式如下:
盎L奇,Yz图2Rt=M2LjM3L2一F6R2=一M3L2一F6R3=一Mx,3MY凡LtF:
,6R4=M,3+M2LtF:
6R5=3一6
(2)R6=M,3M2LtF:
,6Sl=S4:
一M。
2LtF6S2=S5=一6S3:
S6:
M2LI6(4)预加栽荷确定预加载荷是为了增大导轨刚性、消除间隙等预先给予导轨滑块滚动体的载荷。
THK滚动直线导轨按预加载荷不同分为普通径向间隙、c径向间隙(轻预压)和c。
径向间隙(中等预压)。
具体选择时可参照表3。
衰3径向间隙的选择径向间隙使用条件应用实例1载荷方向一定,振动普及冲击小,两轴并列平一般工业机械xv轴通工具交换装置,成形机、间行使用时。
焊接机、装订及包装机隙2精度要求不高,但要械等。
求尽量减小滑动阻力时。
cl1承受侧悬及扭曲载荷一般机械=周+磨床平台间2单根轴使用进给轴,Nc车床,精密w平台、放电加工机隙3高精度、小载荷工业用机械手。
c01振动及冲击载荷加工中心、Nc车床、磨间2要求高刚度时床、铣床。
隙3重型切削机床等(5)按寿命要求选择型号由hlrldberg一P曰lIm提出的寿命理论,可得到滚动直线导轨寿命的计算公式为:
No=KfCP)式中:
一额定寿命,km;K一系数,当滚动体为滚珠时,K:
50,滚动体为圆柱滚子时,K:
100;c额定动载荷,N;P当量动载荷,对于连续作用载荷,当径、横向载荷同时作用时P=AR+,A,B为径、横向等效系数,其值见表4,对于变动载荷,P=(平均载荷);e指数,当滚动体为滚珠时,取e=3;当滚动体为其它滚子时,取e=103。
考虑到具体使用时各因素对寿命的影响,引入各修正系数后,得到实际应用时计算寿命的公式:
(墼吾),km或:
(h由上式可得到按规定寿命要求的滚动直线导轨的基本额定动载荷C:
c:
(,当为km时或C:
(,当为h时据此,即可确定滚动直线导轨的型号。
式中:
矗硬度系数,如图3所示;温度系数,如图4所示;接触系数,如表5;载荷系数,如表6;n每分钟运动的行程数;卜一滑块运动行程,mn黔儿罐“I=导轨衰面硬度HRC图3衰4等效系数图4m辄NRHsRm(m)丑s1Ssll丑s(II1110,8661l05105II15l2fI衰5接触秉数同一根导轨上安同一根导轨上安装的滑块数装的滑块数114066208150613072亡*维普资讯http:
/104机床与液压2001No5裹6载荷系数载荷条件速度(mrain)工无冲击、振动15115无明显冲击、振动15602035注:
为反径向载荷。
如圈5所示。
一般情况下,产品样本中给出的基本额定载荷是径向额定载荷,反径向及横向自额定载荷可按表7求得。
当导轨同时受到与s两个方向的载荷时,其寿命计算中图5的基本额定动载荷仍取径向额定动载荷C。
裹7各方向额定载荷横向基本额定动载荷基本额定静载荷径向厦轻向横向径向反径向糖向SI1CO61C055Cc005Co043CrRSVWVC078C0跎Cc007co0760NRC078C04吕C071Co045Rt陬A唧rCCCc0c0Cn(6)工作台静刚度校核计算为了满足滚动直线导轨工作台静刚度设计要求,在按使用寿命初选其型号后,还应对其静刚度进行校核计算。
设在工作载荷作用下与工作台(刚体)固联的任意点A(其矢径OA:
五+Z。
)的位移量J哇=瓤+甜+,坐标系设定与图1、图2相同,由理论力学和材料力学知识,即可求出A点在载荷下的位移量。
四滑块对称式工作台的位移量计算疋:
(RI2)皿1一(s2一SI)皿1=(s2一S1)KL1一(R3一R】)KL2Z一(Sl+S2)2K:
(R,一RI)地2一(Rl一)KL1一(I+皿)2K六滑块对称式工作台位移计算疋=
(一)地】邑一(S3一S1)皿】乱=(S3一S1)地1一(R4一R1)KL2一(Sl+S3)2K=(皿一R1)地2一(RlR3)KLl五一(+如)2K2计算实倒有一四滑块进给工作台如图6所示。
已知I:
3nml,2=250ram,工作台重量=3920N,工作台重心位置0:
=o:
0,Yo=一50IIn,钻削力F为连续作用,F=1960N,作用点位置I=300lnm,y1=一50nml,=1=一200rnm,滚动直线导轨副额定寿命=l00km,钻削加工中A点的位移量要求为以:
巩:
0005nml,试选择直线滚动导轨并校核其实际位移量是否满足要求。
图6由表l、2、3可初定直线滚动导轨副为HsR型、P级精度,径向问隙为c。
钻削加工中导轨副的载荷为:
RI:
6566N,R2=一124166N,R3=一71834N,皿=一202566N,S1:
S3=16366N,S2=S4:
一16366N,最大等效载荷为:
P=218932N。
最苛刻条件下的额定动载荷:
c=189677N,查THK产品样本,可选用HsR25cA型滚动直线导轨副。
其刚度为K:
427280Nm。
钻削加工中A点的位移量为:
以=一0蚴口n,文=一00022mm,:
000O4T,均小于要求位移量,故该工作台可选用P级精度,径向间隙为c的HSP,25CA型滚动直线导轨副。
参考文献【1】南京工学院,西安交通大学主编理论力学人民教育出版社,19792【2】刘鸿文主编材料力学人民教育出版社19802【3】1HKIM系列产品说明书19978【4】NSK精机制品CAT19973收稿时间200l一。
1一曲(上接第113页)参考文献f1】刘勇等-非数值并行算法(遗捧算法)科学出版社,1997【2】那成烈轴向柱塞泵带有减振槽的非对称正遮盖度配流盘的最佳设计工程机械,1985(4)【3】李人厚智能控制理论和方法西安电子科技大学出版社,1999【4】赵弘等液压泵阻尼结构形式的改进-机床与液压,2000(5)收稿时间:
20001212蠹一-维普资讯http:
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