数控机床功能部件优化设计选型应用手册 滚动直线导轨副分册

本手册介绍了数控机床使用的滚动直线导轨副的主要结构、设计选用计算方法、关键性能的检测与测试方法、配件、安装调试与维护以及主要应用案例，并提供了主流滚动直线导轨副的型谱参数。本书主要面向数控机床设计工程师和功能部件使用工程技术人员等。

序
序 二
前 言
章 滚动直线导轨副综述 1
节 滚动直线导轨副工作原理 1
一、 滚动直线导轨副概念 2
二、 滚动直线导轨副工作原理 2
第二节 滚动直线导轨副特点 3
第三节 滚动直线导轨副研究现状 5
一、 基础理论研究现状 5
二、 产品研发现状 7
三、 选型软件现状 11
四、 测试装备现状 13
第四节 滚动直线导轨副发展趋势 16
一、 向高性能、 组合化、 智能化方向
发展 16
二、 向高精、 互换、 低成本方向发展 18
三、 向绿色环保方向发展 19
四、 向智能化、 规模化导轨副生产线
发展 19
参考文献 20
第二章 滚动直线导轨副结构型式及
参数 22
节 滚动直线导轨副结构型式、 分类及
应用 22
一、 按照滚动体形状分类 22
二、 按照滚道形状、 列数和布局方式
分类 23
三、 按照循环方式分类 25
四、 按照导轨类型分类 26
五、 按照滑块型式分类 27
六、 按照预紧方式分类 27
七、 按照承受载荷类型分类 28
第二节 滚动直线导轨副选型参数 28
一、 一般术语 28
二、 滚动直线导轨副几何参数 29
三、 滚动直线导轨副性能参数 30
四、 滚动直线导轨副代号及标注 32
参考文献 36
第三章 滚动直线导轨副优化设计 38
节 滚动直线导轨副动力学分析 38
一、 滚动直线导轨副内部接触特性 38
二、 滚动直线导轨副中的运动特性分析 43
三、 滚动直线导轨副中滚珠与返向器的
碰撞分析 45
第二节 滚动直线导轨副典型产品结构设计
案例 49
一、 滚柱直线导轨副设计案例一 49
二、 滚柱直线导轨副设计案例二 51
三、 带隔离保持架的滚柱导轨副设计
案例 60
四、 低噪声滚动直线导轨副的设计案例 67
参考文献 73
第四章 滚动直线导轨副的优化设计
选型 74
节 滚动直线导轨副优化设计选型
流程 74
一、 确定使用条件 74
二、 导轨副受力分析 77
三、 静态安全系数校核 85Ⅺ
四、 寿命校核 90
五、 导轨副精度选择 95
六、 提高导轨副刚性的措施 97
七、 附件选择 98
第二节 滚动直线导轨副型谱参数 100
一、 汉江滚动直线导轨副型谱参数 100
二、 南京工艺滚动直线导轨副型谱
参数 109
三、 山东博特滚动直线导轨副型谱
参数 120
四、 大连高金滚动直线导轨副型谱
参数 125
五、 广东凯特滚动直线导轨副型谱
参数 141
参考文献 152
第五章 滚动直线导轨副检测与分析 153
节 精度检测与分析 153
一、 精度指标与检测方法 153
二、 精度的计算方法 156
第二节 摩擦力检测与分析 158
一、 摩擦力检测方法 158
二、 摩擦力影响因素分析 160
第三节 加速度与速度的检测 162
一、 加速度检测方法 162
二、 速度检测方法 163
第四节 振动与噪声的检测与分析 164
一、 振动的检测与分析 164
二、 噪声的检测与分析 167
第五节 静刚度检测与分析 169
一、 静刚度 169
二、 静刚度影响因素 170
三、 静刚度测量方法 171
第六节 可靠性试验与评价 174
一、 可靠性指标 174
二、 试验要求 175
三、 试验条件 176
四、 试验准备 177
五、 试验过程 177
六、 评定方法 179
七、 可靠性分析 182
参考文献 185
第六章 滚动直线导轨副润滑及附件 186
节 润滑 186
一、 润滑目的、 作用及其重要性 186
二、 不同润滑条件对直线导轨副使用性能
的影响 186
三、 脂润滑 189
四、 油润滑 194
五、 自润滑器 195
第二节 密封件 196
一、 密封垫片和金属刮板 196
二、 层叠式接触刮板 197
三、 侧面刮板 198
四、 防尘盖 199
五、 轻型阻力接触式密封件 200
六、 其他密封装置 201
第三节 钳制器 205
一、 结构和功能 205
二、 术语解释 205
三、 编号规则 205
四、 类型 206
五、 安装方法 212
六、 注意问题 213
七、 刹车距离 213
第四节 阻尼器 215
一、 结构 215
二、 特点 215
三、 编号规则 215
四、 尺寸表 216
五、 安装方法 216
参考文献 218
第七章 滚动直线导轨副安装、 调试与
维护 219
节 导轨和滑块的安装方法 219
一、 安装前准备 219
二、 导轨常用安装方法 219
三、 滑块及工作台的安装方法 223
第二节 滚动直线导轨副的安装精度 223
一、 安装基础的精度要求 223
二、 安装基础对导轨副精度的影响 226
三、 导轨副安装精度的检测 227
第三节 滚动直线导轨副的润滑、 维护与
保养 227
一、 润滑 227
二、 维护与保养 229
参考文献 229Ⅻ
第八章 滚动直线导轨副选型案例 230
节 数控斜床身车床用导轨副选型
案例 230
一、 数控车床斜车身用导轨副选型
案例一 230
二、 数控车床斜床身用导轨副选型
案例二 239
第二节 数控立式加工中心用导轨副
选型案例 244
第三节 数控卧式加工中心用导轨副
选型案例 260
第四节 数控钻攻中心用导轨副选型
案例 265
第五节 数控龙门铣床用导轨副选型
案例

数控机床功能部件是高档数控机床核心部件, 其设计应用水平的高低直接影响高档数控机床的整机性能。 数控机床国产功能部件的研发、 优化设计选型及应用是国产数控机床配套功能部件实现国产化的重要支撑, 是国家科技重大专项 “提升国产重大装备技术水平, 满足国内需要, 改变依赖进口, 受制于人的局面” 目标任务完成的基础和重要组成部分, 对我国高端装备制造、 数控机床水平提升及 “中国制造 2025” 目标实现具有重大战略意义。
国家科技重大专项 “ 数控机床功能部件优化设计选型工具开发及应用” ( 编号2014ZX04011031) 研究目标就是编制 《数控机床功能部件优化设计选型应用手册》 (以下简称 《手册》) 及开发选型软件, 为功能部件的优化设计选型应用提供基础理论体系、 产品性能评价体系及产品标准体系; 解决功能部件生产过程中技术空缺及生产标准空缺问题, 实现功能部件产品批量生产。 通过大量主机厂及用户的市场调研及试验研发工作, 使功能部件技术手册具有强有力实践基础, 填补国内空白。
《手册》 主要针对数控机床六大功能部件 (滚珠丝杠副、 滚动直线导轨副、 数控转台、数控刀架、 动力卡盘、 高速电主轴) 设计选型应用要求, 首先对功能部件、 结构及参数进行介绍, 其次给出了选型流程及计算方法、 型谱参数、 主要性能指标的测试方法、 附件选用及安装使用维护方法等, 后给出了数控机床功能部件设计选型典型案例, 对选型软件的使用环境、 操作方法进行了详细说明。 该手册分为六个功能部件分册, 分别为 《滚珠丝杠副分册》 (主编冯虎田, 副主编欧屹、 王禹林)、 《滚动直线导轨副分册》 (主编欧屹, 副主编梁医、 冯虎田)、 《数控转台分册》 (主编王华, 副主编于春建、 王胜利)、 《数控刀架分册》(主编陈捷, 副主编洪荣晶、 邹运)、 《动力卡盘分册》 (主编张云, 副主编张国斌、 刘成颖)、 《高速电主轴分册》 (主编刘成颖, 副主编陈长江、 张云)。
《手册》 策划、 编写依据如下基本原则:一是前瞻性及先进性。 由专业的功能部件生产商及行业研究者与设计工程师共同编写,深入研究基础理论知识, 确保基础理论及应用技术的前瞻性及先进性。
二是操作性及可行性。 在编制 《数控机床功能部件优化设计选型应用手册》 过程中,做了大量的可行性分析以及试验定型等工作, 确保理论建立在大量实践基础之上。
三是知识性及系统性。 编制 《数控机床功能部件优化设计选型应用手册》 时, 在功能部件的各个技术领域均做了大量市场调研, 进行分析归纳, 形成一系列型谱, 确保了技术知识的具体、 全面。Ⅷ四是系列化及标准化。 《手册》 中的内容根据型谱参数等标准来细分, 方便了查阅相关技术知识。
编写 《手册》 及开发选型软件, 其重要意义体现在如下四个方面:(1) 展现前期取得的专项成果。 前期共承担六大功能部件国家科技重大专项 34 项, 作为专项技术成果, 该课题 “数控机床功能部件优化设计选型工具开发及应用”, 可以集中展现前期专项的科研、 试验、 应用成果, 对行业进一步专业化生产技术升级有推广促进作用。
(2) 强调企业与用户对接示范。 从专项立项课题分布看, 遵循 “共性技术研发—产品研发—产业化应用—用户应用示范” 规律。 在诸多环节中, 缺少企业与用户对接的环节。
《手册》 旨在编写以企业与用户对接技术为基础的, 双方共同认可的安装、 调试和验收的规范, 因此选型软件开发及手册对企业与用户对接具有示范作用。
(3) 提供应用研究的基础理论。 《手册》 可以完善补充目前国内功能部件等基础零部件的理论与应用研究, 为功能部件生产研发过程提供强有力的理论基础。
(4) 满足国内现状发展需求。 国外功能部件技术手册早已编制完成, 现已形成标准化、系列化, 并广泛用于企业研发与用户应用之中。 国内尚缺少功能部件设计、 选型及应用的基础性理论研究, 尤其是在功能部件设计、 检验、 试验、 制造装配等生产过程中, 以及主机选型设计及安装中缺少参考手册及资料, 不利于生产、 研发方面的发展。
课题组所研究的共性技术、 关键技术、 开发的设计选型软件、 测试安装技术规范及标准, 能满足国内功能部件行业对产品的测试、 试验基本需求, 为我国高档数控机床与基础制造成套装备自主开发能力的提高奠定相关关键技术基础, 为相关领域的发展提供相关技术研究成果、 科研开发平台和高效率试验平台。 课题实施过程中, 培养与造就了一批该领域高水平研发团队, 提高了功能部件自主创新开发实力。
本系列手册可供机床设计人员、 功能部件设计人员及大专院校的研究人员参考使用。
本系列手册凝聚了编写组、 咨询专家、 审核专家的心血, 也得到了行业各个参加单位南京理工大学、 南京工业大学、 清华大学、 大连高金数控集团有限公司、 烟台环球机床附件集团有限公司、 南京工艺装备制造有限公司、 陕西汉江机床有限公司、 山东博特精工股份有限公司、 洛阳轴研科技股份有限公司、 呼和浩特众环 (集团) 有限责任公司、 广东高新凯特股份有限公司、 南京工大数控科技有限公司、 吉林大学、 常州新墅机床数控设备有限公司、常州市宏达机床数控设备有限公司等单位技术人员的大力支持。
本系列手册编写期间, 课题组深入主机厂调研, 虚心学习, 获得了宝贵的一线设计资料。 参加技术讨论的主机单位包括北京北一机床股份有限公司、 大连机床集团有限责任公司、 沈阳机床股份有限公司、 宝鸡忠诚机床股份有限公司、 青海一机数控机床有限责任公司、 天水星火机床有限责任公司、 濮阳贝英数控机械设备有限公司、 安阳鑫盛机床股份有限公司、 纽威数控装备 (苏州) 有限公司、 南京数控机床有限公司、 南京工大数控科技有限公司等单位的机床设计师, 他们丰富的机床设计经验对本系列手册的编写提供了雄厚的技术支撑。
《滚动直线导轨副分册》 章由冯虎田编写; 第二章由王禹林和冯虎田编写; 第三章由欧屹、 梁医、 王守珏、 荣伯松、 刘建佐、 王爱荣和祖莉等编写; 第四章由欧屹、 梁医、汪满新、 邱亚兰和吕祎等编写, 产品型谱数据由殷玲香、 王守珏、 李庆楠、 刘建佐、 吕祎、刘宪银、 荣伯松、 王爱荣、 张立民、 冯健文和李婷婷等编写; 第五章由梁医、 王禹林、Ⅸ冯虎田和吕祎、 王艺玮和韩军等编写; 第六章由汪满新和欧屹编写; 第七章由欧屹、 梁医和吕祎等编写; 第八章由荣伯松、 李庆楠、 吕祎、 张立民和冯健文等编写; 第九章由刘树平和欧屹编写。
研究生褚传尧、 孙艳阳、 张怡雯、 周长光、 柯楠、 陈田、 吴承云、 洪波、 付秀秀、陈云杰、 韦超、 唐丞和杨果等参加了大量校核工作。 金属加工杂志社的梅峰主编、 项目主管张淼对本手册的出版付出了辛勤汗水, 他们的全身心专业的策划是本手册顺利出版的保证。
三年多来, 经过广大编审人员的不懈努力, 《数控机床功能部件设计应用技术手册》 以崭新的风貌和鲜明的时代气息展现在广大机械设计工作者面前。 值此出版之际, 谨向所有给过我们大力支持的单位和各界朋友们表示衷心的感谢!国家科技重大专项课题组冯虎田