韓軍君　戴林波

【摘 要】提出一種針對(duì)低預(yù)緊滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副實(shí)現(xiàn)導(dǎo)軌和滑塊組件互換性裝配的工藝方法及相應(yīng)工藝參數(shù)，首先計(jì)算出鋼球直徑變化對(duì)應(yīng)的導(dǎo)軌或滑塊開檔尺寸的理論變化值，同時(shí)結(jié)合實(shí)際經(jīng)濟(jì)的機(jī)床加工精度，根據(jù)微預(yù)緊的預(yù)緊力允許偏差情況，得出導(dǎo)軌滾道成形磨工藝中導(dǎo)軌的開檔尺寸精度，然后在一定可選鋼球直徑規(guī)值范圍內(nèi)，計(jì)算并定出滑塊滾道成形磨工藝中滑塊的開檔尺寸精度要求，將按照上述工藝參數(shù)加工的滑塊與基準(zhǔn)導(dǎo)軌按要求預(yù)緊力裝配成滑塊組件，再將滑塊組件裝到實(shí)際生產(chǎn)導(dǎo)軌上，即可實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副任意滑塊組件與任意導(dǎo)軌在低預(yù)緊力場(chǎng)合的互換性裝配。

【關(guān)鍵詞】滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副；互換性；工藝

中圖分類號(hào)： TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）25-0023-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.25.010

0 前言

隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副由于其高速度、高精度、大載荷等特性，越來(lái)越多的應(yīng)用于各種機(jī)電一體化產(chǎn)品，目前國(guó)內(nèi)外各廠家的直線導(dǎo)軌副安裝尺寸基本都是按照相同的標(biāo)準(zhǔn)加工，所以滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副做為一個(gè)整體，各個(gè)廠家之間的產(chǎn)品都是可以互換使用的，相當(dāng)于是標(biāo)準(zhǔn)件了。而各個(gè)廠家直線導(dǎo)軌副的主要零件——導(dǎo)軌與滑塊組件之間由于細(xì)微結(jié)構(gòu)或者尺寸精度的不一致，基本都是不能相互換的，本文所要研究的是同個(gè)廠家同一規(guī)格直線導(dǎo)軌副的任意導(dǎo)軌與任意滑塊組件之間的互換性，目前國(guó)外知名直線導(dǎo)軌廠家如Rexroth、THK以及國(guó)內(nèi)個(gè)別廠家可以實(shí)現(xiàn)低預(yù)緊情況下的任意導(dǎo)軌滑塊組件的互換使用，另外有些廠家通過放大間隙量，實(shí)現(xiàn)的互換性使用，不在本文研究范圍之內(nèi)，因?yàn)榉糯箝g隙量雖然有利于互換使用，但是對(duì)于直線導(dǎo)軌的精度、可靠性以及壽命都會(huì)產(chǎn)生不利的影響。

理論研究方面，楊艷國(guó)等[1]對(duì)直線導(dǎo)軌副的互換性影響因素進(jìn)行了一些理論分析，如滾輪、機(jī)床等。唐兵仿等[2]分析了要實(shí)現(xiàn)互換性對(duì)材料、設(shè)備、檢驗(yàn)以及裝配的要求，并經(jīng)驗(yàn)性的提出了零件的精度要求。實(shí)際生產(chǎn)中，由于直線導(dǎo)軌副是通過鋼球直徑換大過盈以實(shí)現(xiàn)不同的預(yù)緊力，一般幾個(gè)微米的變化，就會(huì)使預(yù)緊力由輕預(yù)緊變成重預(yù)緊，所以要在規(guī)定預(yù)緊力下實(shí)現(xiàn)任意導(dǎo)軌和滑塊組件的互換性，就要求導(dǎo)軌和滑塊的開檔尺寸都至少保持在0.004mm內(nèi)，而實(shí)際上由于機(jī)床的熱穩(wěn)定性、機(jī)床返向間隙、滑塊多件加工的擺放位置不同、測(cè)量誤差等，都會(huì)導(dǎo)致尺寸超差，一天之中精度波動(dòng)明顯。本文通過理論分析，并結(jié)合實(shí)際經(jīng)濟(jì)的機(jī)床加工精度以及經(jīng)濟(jì)庫(kù)存的可選鋼球規(guī)值范圍，提出了以滑塊組件形式，通過與基準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)軌和滑塊組件互換的工藝方法，并得出了導(dǎo)軌開檔尺寸公差要求和滑塊開檔尺寸公差要求這些具體的加工工藝參數(shù)，即可以讓加工精度更加經(jīng)濟(jì)，又可以實(shí)現(xiàn)實(shí)際任意的導(dǎo)軌和滑塊組件互換使用。

1 導(dǎo)軌滑塊開檔尺寸與鋼球直徑關(guān)系

所謂導(dǎo)軌、滑塊的互換性，就是指任意導(dǎo)軌、滑塊互換后其預(yù)緊力等級(jí)仍舊不變或者說(shuō)預(yù)緊力變化在規(guī)定的公差值以內(nèi)，變松或者變緊到跨預(yù)緊力等級(jí)就不能算是互換，一般預(yù)緊力越高對(duì)尺寸的變化越敏感，重預(yù)緊的時(shí)候，鋼球直徑上一檔或者下一檔直徑預(yù)緊力等級(jí)就不一樣，即導(dǎo)軌和滑塊的開檔尺寸誤差綜合不能超過0.002mm（一般鋼球直徑以0.002mm一檔分類包裝和銷售），目前來(lái)講實(shí)際生產(chǎn)中很難實(shí)現(xiàn)，所以本文研究的是低預(yù)緊滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的互換性。

由于直線導(dǎo)軌副預(yù)緊力的變化就是鋼球與導(dǎo)軌滑塊尺寸過盈量的變化，所以要研究預(yù)緊力的變化規(guī)律，必須要知道導(dǎo)軌、滑塊滾道開檔尺寸（如圖1）變化對(duì)應(yīng)鋼球直徑變化的理論數(shù)值。

圖1 導(dǎo)軌滑塊開檔尺寸

圖2 鋼球與導(dǎo)軌滑塊理論接觸狀態(tài)

理論上，以30規(guī)格為例，假設(shè)當(dāng)鋼球尺寸剛好為φ5.556mm，導(dǎo)軌滑塊滾道開檔尺寸公差剛好為0，此時(shí)鋼球與導(dǎo)軌、滑塊滾道是剛好45度接觸，鋼球與導(dǎo)軌、滑塊理論上既無(wú)間隙也無(wú)過盈，如上圖2所示。

實(shí)際生產(chǎn)中，導(dǎo)軌、滑塊開檔尺寸肯定會(huì)存在誤差，這里通過三維軟件做圖法模擬當(dāng)導(dǎo)軌或滑塊開檔尺寸發(fā)生變化時(shí)，為保證鋼球和導(dǎo)軌滑塊同樣無(wú)間隙且無(wú)過盈（即保證預(yù)緊力不變化），鋼球直徑的相應(yīng)理論變化數(shù)值，如下圖3所示。

圖3 三維模擬圖

最終得出導(dǎo)軌或滑塊滾道開檔尺寸變化對(duì)應(yīng)鋼球直徑的變化關(guān)系，如下圖4：

圖4 鋼球直徑對(duì)應(yīng)導(dǎo)軌或滑塊開檔變化關(guān)系

2 確定工藝方法及導(dǎo)軌精度參數(shù)

由于預(yù)緊力越大對(duì)導(dǎo)軌滑塊以及鋼球直徑尺寸的變化越敏感，對(duì)于微預(yù)緊等級(jí)的直線導(dǎo)軌副，由經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)均可知，鋼球直徑最多只能變化一檔（即0.002mm），才能保證預(yù)緊力等級(jí)不變，由上述圖4可知，鋼球直徑變化0.002mm，對(duì)應(yīng)到導(dǎo)軌或滑塊滾道單邊開檔尺寸變化為0.00286mm，得出總的滾道開檔尺寸誤差為0.0057 mm，即導(dǎo)軌和滑塊滾道的開檔尺寸綜合誤差不能超過0.0057mm，如果單獨(dú)分別控制導(dǎo)軌和滑塊的精度，仍然有不小的難度。

考慮到實(shí)際使用中互換性的應(yīng)用，只要把帶著鋼球的滑塊組件與不同的導(dǎo)軌互裝，預(yù)緊力都保持一致即可視為達(dá)到互換性，故采取以下方式：

（1）首先測(cè)量挑選出基準(zhǔn)導(dǎo)軌（滾道開檔尺寸在±0.001以內(nèi)）；

（2）根據(jù)基準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝滑塊組件，組成微預(yù)緊等級(jí)的導(dǎo)軌副；

（3）再將滑塊組件安裝到按一定精度制造的導(dǎo)軌上組成按訂單生產(chǎn)的產(chǎn)品。

按照上述裝配工藝方法，唯一影響預(yù)緊力變化的是實(shí)際使用的導(dǎo)軌和基準(zhǔn)導(dǎo)軌滾道開檔尺寸之間的誤差。由上述可知要實(shí)現(xiàn)微預(yù)緊的互換性，開檔尺寸誤差不能超過0.0057mm，即實(shí)際加工的導(dǎo)軌與基準(zhǔn)導(dǎo)軌誤差不能超過0.0057mm，故可確定導(dǎo)軌開檔尺寸的加工精度要求為±0.0047 mm，結(jié)合機(jī)床加工精度，四舍五入，這里導(dǎo)軌滾道開檔尺寸公差取值±0.005mm。

同時(shí)，為確保導(dǎo)軌滾道開檔尺寸加工精度，需進(jìn)一步統(tǒng)一導(dǎo)軌測(cè)量面位置、滾輪以及測(cè)量用的千分尺的校準(zhǔn)塊，因?yàn)槿绻行?dǎo)軌開檔尺寸是按照上方的兩側(cè)面測(cè)量的，有些是按照下方的兩側(cè)面測(cè)量的，這樣會(huì)由于導(dǎo)軌垂直度的誤差，導(dǎo)致使用不同測(cè)量位置的導(dǎo)軌開檔尺寸有至少2～3μm的誤差，如下圖5所示：

圖5

另外國(guó)產(chǎn)滾輪的一致性并沒有像進(jìn)口滾輪那么好，同種規(guī)格的不同滾輪也會(huì)存在2～3μm的誤差，還有千分尺的校準(zhǔn)塊，經(jīng)實(shí)際檢查，不同千分尺的校準(zhǔn)塊也會(huì)有2～3μm的誤差，所以只有同時(shí)管控好上述因素，才能更好的保證實(shí)際生產(chǎn)的導(dǎo)軌開檔尺寸精度在±0.005mm。

3 確定滑塊精度參數(shù)

滑塊開檔尺寸精度的確定，主要結(jié)合鋼球直徑不同范圍（一般鋼球直徑以0.002mm一檔分類）備貨的經(jīng)濟(jì)性以及滑塊磨機(jī)床的加工精度的經(jīng)濟(jì)性。因?yàn)榛瑝K只要和鋼球組成滑塊組件裝到標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌上保證在微預(yù)緊力范圍內(nèi)即可，如果鋼球可換的直徑范圍太多，會(huì)導(dǎo)致庫(kù)存太大，如果鋼球可換的直徑范圍太少，就需要滑塊的開檔尺寸精度更高，而實(shí)際滑塊的加工由于是幾件一起加工，存在因擺放位置不同的誤差，而且滑塊開檔為內(nèi)凹槽間距，不方便在線測(cè)量，所以其開檔尺寸精度要比導(dǎo)軌更難控制。所以綜合考慮，確定采購(gòu)鋼球的直徑范圍為-6μm～+6μm。

按照上述裝配工藝方法，滑塊安裝鋼球始終是使用基準(zhǔn)導(dǎo)軌，不同滑塊的開檔尺寸誤差，需要選配不同直徑的鋼球來(lái)保證預(yù)緊力，由于鋼球直徑的范圍為-6μm～+6μm，即鋼球直徑變化0.012mm，根據(jù)圖4關(guān)系來(lái)反推，鋼球直徑變化0.012mm對(duì)應(yīng)到滑塊單邊開檔尺寸變化為0.017mm，得出滑塊總的開檔尺寸誤差為0.034mm，即±0.017mm，綜合考慮導(dǎo)軌的開檔尺寸精度誤差以及機(jī)床的加工精度，這里滑塊開檔尺寸精度取值±0.015mm，比較符合目前本公司生產(chǎn)實(shí)際。各廠家可根據(jù)自身滑塊滾道開檔尺寸的加工精度確定合適的鋼球直徑備貨范圍。

4 結(jié)論

通過理論計(jì)算并采用基準(zhǔn)導(dǎo)軌裝配滑塊組件的方式，確定了具體的導(dǎo)軌滑塊加工精度，在相對(duì)經(jīng)濟(jì)的加工精度以及合理的鋼球直徑備貨條件下，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用最廣泛的微預(yù)緊等級(jí)的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副任意導(dǎo)軌和任意滑塊組件的互換使用，極大方便了產(chǎn)品的批量生產(chǎn)以及售后服務(wù)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]楊艷國(guó)，王愛榮.滾動(dòng)直線導(dǎo)軌互換性技術(shù)研究[J].金屬加工，2010（20）：43-44.

[2]唐兵仿，孫健利.精密滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副互換性的實(shí)現(xiàn)方法[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2004（6）：82-83.