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1、直线滚动导轨在机床上使用应重视的几个方面摘 要 指出机床上使用直线滚动导轨在设计中应注意的问题，就机床整体的杭振性、阻尼及动刚度、进给系统的进给刚度等方面进行了初步的探讨。关键词 直线滚动导轨 机床 抗振性 阻尼 动刚度 进给刚度为满足工业化进程对机床业的高要求，机床业越来越多地采用了直线滚动导轨等滚动元件导向系统，这使传统的每分钟几米的快速进退速度提高到十几米甚至几十米。直线滚动导轨的采用大大地提高了机床生产率，在其有效寿命期间，机床几乎很少维修，可以连续运行。机床在设计与制造时，必须注意下述问题：1、机床应有较高的抗振性采用直线滚动导轨的机床极易产生振动，运动部件的高速进退，使机床床身受到
2、很大的冲击，直线滚动导轨副阻尼极低，抗振性能很差，这周期性的冲击极易使机床产生振动而导致加工表面产生形状误差和波纹，尤其是磨床或高精度机床其影响更为明显，而对闭环伺服控制系统还可能导致系统的不稳定。采用直线滚动导轨的机床振动模型与无阻尼受迫振动近似，此模型可以用动量守恒和能量守恒原理来近似求解：式中：m运动部件的质量；M机床本体的质量；k机床的静刚性；v运动部件快速进退速度；Amax机床最大振幅。由上式可以看出，减小m和增大M、增加k皆可减小机床的最大振幅Amax，而增大机床本体重量的方法却较少使用，因为增大机床本体M会降低机床的固有频率，使机床共振频率偏低，对消除谐振不利，因此单纯用增加壁厚
3、的办法来提高机床刚性，对提高机床的抗振性是没有帮助的。设计时应注意提高单位质量的静刚性，如增加适当的加强筋，安排合理的断面形状和尺寸，尽量减小床身表面的开窗面积，提高机床与地基连接处的刚性等。有的直线滚动导轨生产厂家认为直线滚动导轨施加较大的预载荷便能有效地消除振动，但实践证明增大预载荷只能是改变共振频率，而对减振没有效果，过大地增加预载荷只能增加滚动元件的变形，从而增加了导向系统位移的阻力，导致导向元件的工作寿命急剧减少，将减少到其正常寿命值三十分之一，因此过大地增加预载荷的方式是不允许的。2、机床应注意合理增加阻尼，提高动刚度增加机床阻尼的方案很多，如在机床外壁上附加一层具有高内阻的粘弹性
4、沥青制成的高分子聚合物和油漆胰子等；在结构中嵌人粘弹性阻尼材料；将型砂保留在铸件内或将专门的细铁丸封闭在铸件内。据资料介绍，德国INA轴承公司生产的RUE滚柱导向系统，在二导轨间增加一中间阻尼靴(滑座)，此滑座内表面喷除了一种滑动支承材料，与所有导向表面都形成30m的挤压油膜间隙，其阻尼减振效果良好。在此介绍一种简便易行的增加阻尼方案。机床受迫振动时存在着沿滑台导轨面传播的面波(二维波)和在床身内传播的体波(三维波)。为衰减面波，采用增设阻尼导轨的措施，在二导轨之间加一贴塑导轨，若机床结构不允许加在导轨中间，也可加在二导轨外侧其上导轨固定在滑台上，下导轨贴抗磨软带，由弹性销浮动顶持与上导轨面接
5、触，接触正压力调整为滑动部件质量的1/31/2左右，下导轨应注意靠近滑台实际重心。塑料软带的阻尼比为0.120.20，它能有效地提高动刚度，阻滞沿水平方向传播的振动面波。但阻尼导轨安装后使进给系统进给阻力有所增大，故下导轨可安装在一斜面上，由一控制机构控制，需要阻尼时推动下导轨沿斜面滑上与固定导轨接触，不需要阻尼时拉下使二导轨脱开。在有可能的情况下，应尽量增加阻尼导轨的宽度而不是增加导轨面的长度，并注意导轨面的润滑，阻尼导轨通常制成三角形以增加阻尼宽度，其长度在150mm300mm内即可。为衰减体波，在床身的筋板之间和二导轨的空档间增加阻尼支承（具体结构请参见机械工程师1997.4“焊接床身工
6、艺及抗振性结构探讨”一文）。阻尼支承一般沿运动部件运动方向安装即可，据检测，在运动方向上的振动峰值要比其它方向上的振动峰值高出一个数量级左右。3、机床进给系统应有足够的进给刚度直线滚动导轨的滑动摩擦系数f0.0030.004，而传统的贴塑导轨f0.04，铸铁导轨f0.12，可见直线滚动导轨的摩擦阻力仅为传统导轨的十到三十分之一。就直线滚动导轨而言，很小的进给力就能推动滑台，其运动也是轻便平稳的，但若进给系统的刚性差就会造成滑台的爬行、窜动，这种爬行与传统的爬行完全是两回事，它不是由于导轨面的摩擦引起的，而是由系统的进给刚度较差导致的，因此解决的方法也完全不同，着重应提高系统的稳定性。当进给系统
7、为油缸推动时，油缸中活塞受密封圈及其安装槽和油液波动的影响，活塞的爬行导致滑台的爬行。常用的解决措施有：选用摩擦系数小、密封性能好的密封圈（如由聚四氟乙烯为基体的复合材料制成的格来圈Glidering、斯特封Stepseal等），并严格控制其沟槽尺寸公差及其加工表面的表面粗糙度；注意主油路上油泵的合理选取，使泵的工作区间压力变化平稳，无波动、脉动。重视液压系统的管路布置，尽量减少直角弯管及其对液流的不稳定影响；增加蓄能器以减少系统的压力波动等，尽可能地采用专门的液压油而不是使用性能较差的机油作为介质。对伺服电机滚珠丝杠推动则应注意满足惯量匹配，尽量减小运动部件的惯量；若滚珠丝杠间隙过大也易产生窜动，应定期预紧滚珠丝杠以保持其稳定的刚性；滚珠丝杠不自锁，结构上应考虑滚珠丝杠的锁紧、固定，或直接采用带制动器的伺服电机等。