數(shù)控端面外圓磨床滾動直線導(dǎo)軌副的裝配分析

何忠秋

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數(shù)控端面外圓磨床滾動直線導(dǎo)軌副的裝配分析

何忠秋

(上海機(jī)床廠有限公司 上海 200093)

以數(shù)控端面外圓磨床墊板上的直線導(dǎo)軌副為研究對象，分析了滾動直線導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。根據(jù)數(shù)控端面外圓磨床機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)在定位精度、導(dǎo)向精度和進(jìn)給精度上的高要求，詳細(xì)介紹了滾動直線導(dǎo)軌副的安裝要求及注意事項(xiàng)。實(shí)踐表明，按照一定的工藝規(guī)程安裝直線導(dǎo)軌，可以提高數(shù)控端面外圓磨床的進(jìn)給精度，減少機(jī)械傳動誤差，使數(shù)控端面外圓磨床的功能部件更為經(jīng)濟(jì)可靠。

數(shù)控端面外圓磨床 直線導(dǎo)軌 工藝規(guī)程

滾動直線導(dǎo)軌副作為精密直線導(dǎo)向功能部件，因其優(yōu)良特性使得磨床傳動機(jī)構(gòu)的定位精度、導(dǎo)向精度和進(jìn)給精度大幅提高，逐步取代了傳統(tǒng)的滑動導(dǎo)軌，使端面外圓磨床的砂輪架橫向進(jìn)給和工作臺縱向進(jìn)給的聯(lián)動控制更加穩(wěn)定，在大批量生產(chǎn)制造中得到了廣泛的應(yīng)用。

從機(jī)械結(jié)構(gòu)方面來說，數(shù)控端面外圓磨床的磨削精度和使用壽命在很大程度上決定于滾動直線導(dǎo)軌的質(zhì)量，磨床的定位精度和運(yùn)動精度需要由滾動直線導(dǎo)軌的剛度和精度作保證；從安裝工藝方面來說，需要執(zhí)行一定的工藝規(guī)程進(jìn)行安裝，使數(shù)控外圓磨床具有較高的動態(tài)穩(wěn)定性能。以下對數(shù)控端面外圓磨床滾動直線導(dǎo)軌副的裝配工藝進(jìn)行分析。

1 數(shù)控端面外圓磨床滾動直線導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

滾動直線導(dǎo)軌副一般由軌道、滑塊、反向器、滾動體、保持器、潤滑器和防塵板等組成，是一種作相對往復(fù)直線運(yùn)動的滾動支撐，能以滑塊和軌道間的鋼球滾動代替直線的滑動接觸，并且滾動體可以借助反向器在滾道和滑塊內(nèi)實(shí)現(xiàn)無線循環(huán)[1]。

圖1 滾動直線導(dǎo)軌副

基于結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，滾動直線導(dǎo)軌副具有獨(dú)特的使用性能。

1)摩擦特性

滾動直線導(dǎo)軌副的摩擦阻力比滑動導(dǎo)軌小得多，一般摩擦因數(shù)μ=0.002～0.004，是滑動導(dǎo)軌摩擦因數(shù)的1/50，起動摩擦和動摩擦接近相等。在速度變化時摩擦因數(shù)穩(wěn)定，運(yùn)動靈活平穩(wěn)，適應(yīng)了高速運(yùn)動。

2)運(yùn)動精度

滾動直線導(dǎo)軌副是一種比較理想的滾動導(dǎo)軌裝置，因此動摩擦與表摩擦之間的差很小，幾乎不發(fā)生爬行運(yùn)動。當(dāng)施加預(yù)加負(fù)荷時可消除間隙，提高剛性和精度。此外，具有自動調(diào)心和良好的誤差均化功能。

3)使用壽命

滾動直線導(dǎo)軌副的摩擦小、磨損少，一般自帶潤滑系統(tǒng)和防塵板，可長期有效地維持精度。

4)高剛性

滾動直線導(dǎo)軌副具有一定的承載能力，在設(shè)計(jì)制造中適當(dāng)預(yù)加負(fù)荷可以增加阻尼，提高抗振性，同時可消除高頻振動現(xiàn)象。

5)經(jīng)濟(jì)性

目前滾動直線導(dǎo)軌副已經(jīng)形成系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，并批量化生產(chǎn)，用戶選擇方便，減少了整機(jī)的生產(chǎn)制造周期。由于自帶潤滑，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能和環(huán)保。

6)組裝容易并具有互換性

傳統(tǒng)的滑動導(dǎo)軌必須對導(dǎo)軌面進(jìn)行配刮。如果機(jī)床精度差，必須進(jìn)行多次配刮，既費(fèi)時又費(fèi)力。而滾動導(dǎo)軌則具有互換性，只要更換滑塊、或?qū)к壔蛘麄€滾動導(dǎo)軌副，機(jī)床即可重新獲得好的精度。

2 數(shù)控端面外圓磨床滾動直線導(dǎo)軌副對安裝基面的要求

在滾動直線導(dǎo)軌副中，由于承載鋼球多，對誤差有均化作用，導(dǎo)軌彈性變形又能夠降低安裝面的誤差，多個滑塊對誤差也有均化作用，安裝在導(dǎo)軌上的運(yùn)動件的運(yùn)動誤差將減小至安裝基面誤差的1/2～1/5，所以，滾動直線導(dǎo)軌副安裝基面的精度越高就越能保證直線導(dǎo)軌的移動精度?，F(xiàn)結(jié)合200系列數(shù)控端面外圓磨床墊板部件，對直線導(dǎo)軌的安裝做一介紹。

滾動直線導(dǎo)軌安裝基面要求：

(1)兩安裝面在垂直面內(nèi)的直線度；

(2)兩小筋面在垂直平面內(nèi)的直線度；

(3)小筋面與安裝面的垂直度；

(4)小筋面、安裝面與絲杠安裝孔軸線的平行度，如圖2所示。

各項(xiàng)精度的具體數(shù)值要求應(yīng)根據(jù)系列化磨床的工作精度而定。

圖2 墊板

3 數(shù)控端面外圓磨床滾動直線導(dǎo)軌副安裝的工藝要求

滾動直線導(dǎo)軌副的安裝步驟如下：

(1)直線導(dǎo)軌的裝配精度一般要求較高，一些細(xì)微的不足之處都可能導(dǎo)致精度的偏差，所以在安裝直線導(dǎo)軌之前，一定要仔細(xì)地清潔導(dǎo)軌面。用油石修去表面的毛刺及微小凸出部位，將導(dǎo)軌安裝面上的所有螺孔用螺絲攻復(fù)攻一遍，孔口必須倒角，吹干凈螺孔內(nèi)的殘留鐵屑，并用手?jǐn)Q緊所有的螺釘(要求能擰到底)。

(2)墊板上各導(dǎo)軌安裝面的精度是在機(jī)加工的時候依靠磨床本身的精度來保證的，磨床本身的誤差也同步映射到墊板導(dǎo)軌的安裝面上。加工后在磨床上進(jìn)行測量也包含了磨床的誤差，而且需要在機(jī)加工后放置一段時間，加工應(yīng)力需要釋放，此時墊板直線導(dǎo)軌安裝面的精度會有所改變。針對這個情況，需要根據(jù)墊板的尺寸設(shè)計(jì)一套專用的工裝來測量導(dǎo)軌安裝面的精度，如圖3所示。

圖3 測量橋板

在沒有這個工裝之前，在裝配時是不會測量直線導(dǎo)軌安裝面的精度，一般是按車間的加工精度來裝配直線導(dǎo)軌。等裝好直線導(dǎo)軌后再對直線導(dǎo)軌的精度進(jìn)行測量，而在測量精度的時候常常會有個別精度超差，這是因?yàn)樵谘b配前沒有對直線導(dǎo)軌的安裝面進(jìn)行測量，不知道導(dǎo)軌安裝面的哪項(xiàng)精度已經(jīng)超差，因此只能拆下直線導(dǎo)軌后再將墊板送到加工車間進(jìn)行修磨。如果在裝配前能使用這套專用工裝檢查一下導(dǎo)軌安裝面的精度，就可以直接對墊板進(jìn)行修磨，提高了裝配效率。經(jīng)過使用，這套工裝使用情況很好，圖4、圖5和圖6所示為該工裝測量直線導(dǎo)軌安裝面主要精度的使用方法。

圖4 直線導(dǎo)軌安裝面在垂直平面內(nèi)的直線度測量

圖5 直線導(dǎo)軌安裝面在水平平面內(nèi)的平行度測量

圖6 直線導(dǎo)軌安裝面與絲桿安裝孔上、側(cè)母線的平行度測量

(3)在墊板直線導(dǎo)軌安裝面精度合格后，可以開始安裝直線導(dǎo)軌。每副導(dǎo)軌都有主副導(dǎo)軌之分，每個生產(chǎn)廠家的主副導(dǎo)軌的標(biāo)志是不一樣的，在拆分前一定要認(rèn)真閱讀導(dǎo)軌的說明書，根據(jù)說明書上的標(biāo)志先安裝主導(dǎo)軌。導(dǎo)軌不可以直接放在導(dǎo)軌的安裝面上，應(yīng)該從導(dǎo)軌安裝面一角開始慢慢地斜推進(jìn)去，如圖7所示。這樣安裝的好處是可以把導(dǎo)軌面上殘余的垃圾推出去。放好導(dǎo)軌后，在不完全鎖緊螺釘?shù)那闆r下前后拉動直線導(dǎo)軌，以前后均可以輕輕地拉得動為宜，若拉不動則說明墊板上的螺孔與導(dǎo)軌上的孔距不符合。發(fā)生這種拉不動的情況時不能強(qiáng)行旋緊螺釘[2]，要查出不符合的螺孔，否則會降低直線導(dǎo)軌的安裝精度。在旋緊螺釘?shù)臅r候，應(yīng)該從中間向兩端按順序分兩次用扭矩扳手?jǐn)Q緊。在第一次緊固時應(yīng)按照規(guī)定力矩的一半擰緊，第二次需按照規(guī)定力矩進(jìn)行擰緊，這樣可以獲得穩(wěn)定的精度，見表1。然后以同樣地方法安裝另一根直線導(dǎo)軌。

圖7 直線導(dǎo)軌的安裝技巧

表1 推薦螺釘緊固扭矩

螺釘規(guī)格(8.8級)/mm推薦螺釘緊固扭矩/×10-3 N·m高強(qiáng)度螺釘螺釘最大扭矩/×10-3 N·m M5 3.4 4.8 M6 5.8 8.3 M8 14 20

(4)在直線導(dǎo)軌安裝好之后開始測量直線導(dǎo)軌的精度，如圖8、圖9和圖10所示。直線導(dǎo)軌中的滑塊都是組合使用的，這時就要測量綜合精度，為此可使用專門的T型工裝，可任意選取3塊滑塊與T型板進(jìn)行組合。

圖8 直線導(dǎo)軌在垂直平面的直線度測量

圖9 直線導(dǎo)軌在垂直平面的平行度測量

圖10 直線導(dǎo)軌與絲桿中心孔上、側(cè)母線平行度測量

(5)在直線導(dǎo)軌安裝好后，還必須測量4塊滑塊是否在同一平面之內(nèi)。由于墊板已經(jīng)安裝在磨床床身的后平面上，不方便測量，此時可以采用平板涂色檢查方法進(jìn)行檢查。在平板的一面涂紅丹粉，厚度要求小于0.003 mm，然后按垂直方向、對角線方向檢查與另一組滑塊的接觸面積，接觸面積要求大于70%，如圖11、圖12所示。

圖11 左右滑塊的平面檢查

圖12 對角線滑塊的平面檢查

4 結(jié)語

通過對數(shù)控端面外圓磨床采用滾動直線導(dǎo)軌副的裝配分析，制定了對安裝面的精度檢測內(nèi)容，結(jié)合外圓磨床獨(dú)特的進(jìn)給要求和修正磨削加工后的變形誤差，對裝配后的滾動直線導(dǎo)軌副的性能提出了更高的要求。結(jié)合對磨床滾動直線導(dǎo)軌副的裝配工藝分析，規(guī)范了磨床采用滾動直線導(dǎo)軌副的安裝方法，提高了磨床的安裝精度、效率和結(jié)構(gòu)剛性，改善了磨床的動態(tài)性能，從而保證了磨床產(chǎn)品的質(zhì)量。

[1] 徐起賀.滾動直線導(dǎo)軌副的特點(diǎn)、現(xiàn)狀及發(fā)展動向[J].機(jī)械制造.2001(2):19-21.

[2] 張建中,白耀朋,李坤,等.一種輕便大扭矩扳手的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械制造,2011(8):84-87.