小型零件空中水平运送方式的研究.docx

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小型零件空中水平运送方式的研究

航空制造工程学院

创新能力综合训练

研究报告

题目：

水平运送导向机构的研究

所属课题：

小型零件空中水平运送方式的研究

学院：

航空制造工程学院

专业名称：

机械设计制造及其自动化

班级学号：

学生姓名：

合作者：

指导教师：

二O一二年十一月

小型零件空中水平运送方式的研究

摘要：

文章针对小型零件空中水平运送方式的特点及要求，简单的介绍了几种导向机构，并阐述了其工作原理、特点，最后根据给定的自动送料机的工作情况及要求，最终选择了直线滚动导轨作为小型零件空中水平运送的导向装置。

关键词：

水平运动，导向机构，导轨

目录

1引言------------------------------------------------------------------------------4

2研究方法-----------------------------------------------------------------------------4

3研究结果及分析--------------------------------------------------------------------5

3.1导轨分类----------------------------------------------5

3.2滑动导轨的分析------------------------------------------5

3.2.1简单的滑动导轨------------------------------------------5

3.2.2组合滑动导轨--------------------------------------------7

3.3滚动导轨的分析------------------------------------------9

3.3.1直线滚动导轨副--------------------------------------------------------------10

3.3.2滚动导轨块--------------------------------------------------------------------10

3.3.3圆周运动滚动导轨-----------------------------------------------------------11

3.4对导向机构的基本要求------------------------------------------------------11

4结论----------------------------------------------------------------------------------14

5参考文献-----------------------------------------------------------------------------16

1引言

随着现代制造技术的不断发展，数控技术、机电一体化和工业机器人在生产中得到了更加广泛的应用。

同时机械传动机构的定位精度、导向精度和进给速度在不断提高，使对导向机构的要求也越来越高。

导轨副以其良好的导向能力，在工业生产中得到了广泛的应用，适应了现今机械对于高精度、高速度、节约能源以及缩短产品开发周期的要求，已被广泛应用在各种重型组合加工机床、数控机床、高精度电火花切割机、磨床、工业用机器人乃至一般产业用的机械中。

对于小型零件的水平传送的过程中，将所需物料从一方准确的送至另一方，导向机构的导向精度尤为重要。

2研究方法

经验总结法.，个案研究法

3研究结果及分析

导轨的主要功能是导向和承载作用。

一对导轨副中，运动的一方叫做动导轨，不动的一方叫做支撑导轨或静导轨。

动导轨相对于支撑导轨通常只有一个自由度的直线运动或回转运动。

3.1导轨的分类

按工作性质可分为主运动导轨、进给运动导轨和调位导轨，调位导轨只用于调整部件之间的相对位置，在加工时没有相对运动，例如车床尾架用的导轨

按摩擦性质可分为滑动导轨和滚动导轨

滑动导轨按两导轨面间的摩擦状态可分为液体静压导轨，液体动压导轨、混合摩擦导轨、便捷摩擦导轨。

滚动导轨是在两导轨间装有滚珠、滚柱或滚针等滚动体，具有滚动摩擦的性质。

按受力情况可分为开式导轨和闭式导轨。

3.2滑动导轨的分析

滑动导轨是最常见的导轨，由于滑动导轨结构简单、制造方便，接触刚度大，在一般机床上得到了广泛应用。

但传统滑动导轨摩擦阻力大，磨损快，动静摩擦因素差别大，低速时易产生爬行现象。

因此在数控机床上已不采用传统滑动导轨而是常用带有耐磨粘贴带覆盖层的滑动导轨和新型塑料滑动导轨，它们具有摩擦性能良好及使用寿命长的特点，塑料导轨将有代替滚动导轨的趋势

3.2.1简单的滑动导轨

.截面形状与组合滑动导轨可分为凸形和凹形两大类。

对于水平布置的机床，凸形导轨不易积存切屑，但难以保存润滑油，一次只适合于低速运动；凹形导轨润滑性能良好，适合于高速运动，但是为了防止落入切屑等，必须配备良好的防护装置。

直线滑动导轨分类

三角形导轨；

矩形导轨；

燕尾形导轨；

圆柱形导轨。

如图1所示

图1

矩形导轨

特点：

制造简便，刚度和承载能力大，水平方向和垂直方向上的位移互不影响，因此安装调整都比较方便。

M面是保证在垂直面内直线移动精度的导向面，又是承受载荷的主要支承面；N面是保证水平面内直线移动精度的导向面。

因此N面磨损后不能自动补偿间隙，所以需要间隙调整装置。

三角形导轨

特点：

山形导轨和V形导轨均称为三角形导轨，当其水平布置时，在垂直载荷作用下，导轨磨损后能自动补偿，不会产生间隙，因此导向性好。

但压板面扔需要有间隙调整装置。

导向性能与顶角有关，顶角越小，导向性越好；顶角加大，承载能力增加。

支承导轨为凸三角形时，不易积存较大切屑，也不不易存润滑油。

燕尾形导轨

特点：

可以堪称三角形导轨的变形，其磨损后不能自动补偿见习，需要镶条调整。

两燕尾面七压板作用，用一条镶条就可以调整水平，垂直方向的间隙。

导轨制造检验和修理较复杂，摩擦阻力大。

当承受垂直阻力时它以支承平面为主要工作面，它的刚度与矩形导轨相近；当承受颠覆力矩时，其斜面为主要工作面，刚度较低。

圆柱形导轨

特点：

制造简单，外孔经过磨削可大道精密配合，当磨损后调整间隙较困难。

为防止转动，可在圆柱表面上开键槽或加工出平面，但不能承受大的转矩。

圆柱形导轨主要用于受轴向载荷的场合，适用于同时做直线运动和转动的场合。

如拉床、机械手等。

3.2.2组合滑动导轨

从限制自由度的角度出发，盗用一条导轨即可。

用一条导轨，移动部件无法承受颠覆力矩。

直线运动导轨一般能由两条导轨组合。

重型机床，常用三条或三条以上导轨的组合。

下面分析几种常见的组合滑动导轨

图2所示为双三角形导轨。

图2

特点：

利用三角形两个侧面导向，他的导向精度高，精度保持性好，当导轨面有了磨损时会自动下沉补偿磨损量。

但由于属超定位性质，故加工、检验和维修都比较困难。

常用于精度要求较高的机床，如Y3150E型滚齿机立柱导轨。

三角形顶角通常取九十度

图3所示为双矩形导轨。

图3

特点：

这种导轨刚度高，具有交大承载能力，制造与维修简单。

适用于卧式精密机床、重型机床、组合机床，特别是数控机床。

采用双矩形、动导轨贴塑料软带，是滑动导轨的主要形式。

但矩形导轨导向性差，磨损后不能自动补偿，存在侧向间隙，需用镶条调节，影响导向精度。

当用一条导轨两侧面导向时，为窄导向；当用两条导轨的外侧导向时，则为宽导向，窄导向的导向精度比宽导向的高，目前以窄导向应用最多。

数控机床上，为提高导向精度，多采用窄式导向的双矩形导轨

图4所示为三角形和矩形导轨的组合。

图4

特点：

这种组合形式兼有导向性好、制造方便和刚度高的优点，可以避免热变形产生的配合间隙变化；但是存在两导轨导向平面磨损不均并使导轨产生位置变化；另外两导轨的摩擦阻力不同，因而布置驱动力时驱动力应与两摩擦阻力的合力同向为宜。

应用最广泛。

图5所示为矩形和燕尾形导轨组合。

图5

特点：

能承受较大倾覆力矩，间隙调整也较方便，适用于横梁、立柱、摇臂等导轨

当工作台宽度很大时，可以采用三条或三条以上的导轨组合形式。

如用三角形导轨组合，两边矩形导轨主要起承载作用，以中间矩形导轨双侧导向。

3.3滚动导轨的分析

组成：

带沟槽的静导轨和动导轨、滚动体以及滚动隔离元件等组成

类型：

按运动形式有直线导轨和回转导轨

按滚动体形状有滚珠滚动导轨、圆柱滚动导轨、圆锥滚动导轨等

按滚道截面形状有平面导轨、三角形导轨圆弧形导轨等

按滚动体的循环方式有非循环导轨和循环导轨

图6

可分为滚动体不做循环运动的滚动导轨和做循环运动的滚动导轨

滚动体不做循环运动的滚动导轨用于短行程。

滚珠导轨的导轨结构紧凑，容易制造，成本低，但由于导轨表面属于点接触，因此刚度低承载能力小，适合于载荷较小的机床。

滚柱导轨适用于载荷较大的机床。

滚针导轨滚针直径小结构紧凑。

与滚柱导轨相比，在同样长度内可以排列更多的滚动体，因而承载能力较大，但是摩擦力大些。

适用于结构尺寸受限制的场合。

常用的有直线滚动导轨副和滚动导轨块两种

3.3.1直线滚动导轨副

特点：

直线滚动导轨副由长导轨和带有滚珠的滑轨组成；在所有方向都承受载荷；通过钢球的过盈配合能实现不同的预载荷，使机床设计、制造方便。

图7

1-导轨条2-侧面密封垫3-保持器4-滚珠5-端部密封垫

6-端面挡板7-滑块8-润滑油嘴

3.3.2滚动导轨块

特点：

采用循环式圆柱滚子，与机床床身导轨配合使用，不受行程长度的限制，刚度高。

导轨块用螺钉固定在栋导轨上，滚动体3在导轨块6与保持器5之间滚动，并经挡板2及上面的返回槽做循环运动。

图8

1-防护板2-端面挡板3-滚柱4-导向片5-保持器6-导轨块

3.3.3圆周运动滚动导轨

特点：

用于机床回转工作台。

常用的有滚珠导轨和滚柱导轨。

滚珠导轨适用于轻载低速运动的工作台。

滚柱导轨适用于数控立式车床立式磨床的回转工作台

3.4此研究对导向的基本要求

1.导向精度

导向精度是指动导轨沿支承导轨运动时，直线运动导轨的直线性和圆周运动导轨的直原性，以及导轨同其他运动部件之间相互位置的准确性。

影响导向精度的主要因素有导轨的几何精度、导轨的结构形式、导轨、以及其支承的自身强度和幽默刚度以及热变形等

2.刚度和耐磨性

为了能长期保持导向精度，对导轨提出刚度和耐磨性的要求。

若刚度不足，这直接影响部件之间的相对位置精度和导轨的导向精度，使导轨面上的比压分布不均，加剧导轨面的磨损，所以导轨是导轨工作质量的另一重要指标。

导轨的耐磨性是决定导向精度是否长期保持的重要指标。

常见磨损的zing石油磨粒磨损、咬合磨损、疲劳磨损和压溃现象。

滑动导轨磨损的基本形式是磨粒磨损和咬合磨损，这两种磨损一般都是伴随发生，相互影响的。

磨粒磨损往往是咬合磨损的原因，咬合磨损反过来又会加剧磨粒磨损，只是有时其中一种磨损可能起主导地位。

滚动导轨则主要是疲劳磨损。

导轨耐磨性与导轨材料及热处理、导轨面的摩擦性质、导轨受力情况以及导轨行对运动速度等有关

3.低速运动平稳性

就是要保证在低速运动或微量位移时不出现爬行现象。

进给运动时的爬行将是加工表面粗糙度增大；定位运动式的不平稳，将降低定位精度。

产生爬行的主要原因是摩擦副存在着静动摩擦因素之差，运动部件质量较差，传动机构刚度不足等

4.结构简单、工艺性好

在可能的情况下，应尽量使导轨的结构简单，便于制造和维护。

对于刮研导轨，应尽量减少刮研量；对于镶装导轨应做到更换容易。

数控机床的导轨除了满足以上要求外还有特殊的要求：

1承载大、精度高，既要有很高的承载能力又要求精度保持性好2速度范围宽，具有适应较宽的速度范围并能机试转换的能力；3高灵敏度，运动准确到位，不产生爬行等

结果

综合以上对于各种直线导轨和滚动导轨的介绍，确定用滚动直线导轨。

4结论

根据给定的自动送料机的工作情况及要求水平导向结构最终选用滚动直线导轨副。

结论分析：

1.小型零件水平运送定位精度要求高

滚动直线导轨的运动借助钢球滚动实现，导轨副摩擦阻力小，动静摩擦阻力差值小，低速时不易产生爬行。

重复定位精度高，适合作频繁启动或换向的运动部件。

可将机床定位精度设定到超微米级。

同时根据需要，适当增加预载荷，确保钢球不发生滑动，实现平稳运动，减小了运动的冲击和振动。

2.磨损小，运动平稳

由于此研究对象要求步进电机控制往复来回，运动频繁，对于滑动导轨面的流体润滑，由于油膜的浮动，产生的运动精度误差是无法避免的。

在绝大多数情况下，流体润滑只限于边界区域，由金属接触而产生的直接摩擦是无法避免的，在这种摩擦中，大量的能量以摩擦损耗被浪费掉了。

与之相反，滚动接触由于摩擦耗能小，滚动面的摩擦损耗也相应减少，故能使滚动直线导轨系统长期处于高精度状态。

同时，由于使用润滑油也很少，这使得在机床的润滑系统设计及使用维护方面都变的非常容易。

3.适应高速运动且大幅降低驱动功率

采用滚动直线导轨的机床由于摩擦阻力小，可使所需的动力源及动力传递机构小型化，使驱动扭矩大大减少，使机床所需电力降低80%，节能效果明显。

可实现机床的高速运动，提高机床的工作效率20~30%。

4.承载能力强

虽然其本身不需要多大的承载力，但是滚动直线导轨本身副具有较好的承载性能，可以承受不同方向的力和力矩载荷，如承受上下左右方向的力,以及颠簸力矩、摇动力矩和摆动力矩。

因此，具有很好的载荷适应性。

在设计制造中加以适当的预加载荷可以增加阻尼，以提高抗振性，同时可以消除高频振动现象。

而滑动导轨在平行接触面方向可承受的侧向负荷较小，易造成机床运行精度不良。

5.组装容易并具互换性

传统的滑动导轨必须对导轨面进行刮研，既费事又费时，且一旦机床精度不良，必须再刮研一次。

滚动导轨具有互换性，只要更换滑块或导轨或整个滚动导轨副，机床即可重新获得高精度。

如前所述，由于滚珠在导轨与滑块之间的相对运动为滚动，可减少摩擦损失。

通常滚动摩擦系数为滑动摩擦系数的2%左右，因此采用滚动导轨的传动机构远优越于其他导轨。

因此直线滚动导轨是小型零件水平运送的最佳导向机构。

5参考文献

[1]黄鹤汀主编《机械制造装备》，机械工业出版社，2006年，第１版。

[2]李庆余、张佳主编《机械制造装备设计》，机械工业出版，2003年版，第１版。

[3]机械设计手册编委会编《机械设计手册单行本:

机架、箱体及导轨》，机械工业出版社;第4版

[4]王先逵主编《机械制造工艺学》，机械工业出版社，2000年版