基于机床刚度的滑轨联接面性能分析
机床导轨结合面动刚度参数修正优化
机床导轨结合面动刚度参数修正优化周翔;魏昕【摘要】目前，有限元方法已经广泛应用于机床分析及优化设计之中，有限元模型的准确性会对静动态分析产生巨大的影响，模态试验测试方法可以用于检验并修正模型。
以某数控雕铣机为分析对象，将模态试验与有限元计算相结合，基于模态试验的动态参数测试结果，利用ANSYS Workbench有限元分析软件进行多目标优化设计，修正导轨结合面刚度参数，使矫正后的有限元模型更为准确地描述机床的动态特性。
% At present,the finite element method has been used widely in machine tool analysis and optimization of design,the accuracy of the finite element model will have serious effects upon static and dynamic analysis. Modal test method can be used to test and correct the model. This paper used a CNC carving the milling machine as analysisobject,modal test combined with finite element method. Based on the dynamic parameters test results from modal test, used ANSYS Workbench to realize multi-objective optimization design, and corrected the joint surface stiffness parameters of the guide way,to make sure the corrected finite element model can accurately describe the dynamic characteristics of the machine tool.【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2012(000)009【总页数】5页(P67-70,99)【关键词】模态试验;有限元分析;参数修正;结合面刚度【作者】周翔;魏昕【作者单位】广东工业大学机电工程学院,广东广州 510006;广东工业大学机电工程学院,广东广州 510006【正文语种】中文【中图分类】TP391.770 引言在机床结构设计中，结构的动态特性越来越受重视。
关于滚动直线导轨副的精度和静刚度检测与分析
关于滚动直线导轨副的精度和静刚度检测与分析滚动直线导轨副作为数控机床的核心滚动功能部件，其精度与性能直接影响数控机床的工作精度和动态性能，因此开发、研究最佳的检测方法，对提升滚动直线导轨副的精度与性能具有非常重要的意义，更是导轨副必不可少的研究内容。
滑块移动对导轨基准面的平行度可称为行走精度、运动精度或动态精度，是指滑块沿着导轨滑动时相对于导轨安装基准面的变化波动程度。
然而，在实际运动过程中，钢球在返向器内的运动极其复杂，其运动精度受零件的制造精度、安装精度、预紧力和摩擦力等因素的影响。
因此，滚动直线导轨副的行走精度检测方法可以分为：静态法检测和动态法检测两种。
滚动直线导轨副在自由的状态下，导轨会有所变形，容易造成某些检测项目超差，正确的检测方法是将导轨用螺钉固定在平台上测量。
凯特精机通过自主研发的高精度导轨副测量仪，使得导轨、滑块沟槽各项精度方面得到严格控制，产品互换性达到较高水准。
近年来，随着工业4.0的理念提出，制造业得到迅猛发展。
滚动直线导轨副作为高档数控机床中一种不可或缺的核导向部件，在数控机床的产业链中地位显著，重要性不言而喻。
静刚度是影响滚动功能部件性能和承载能力的重要指标，是滚动直线导轨副的基本使用要求。
滚动直线导轨副静刚度试验机，能进行各种型号滚动直线导轨副的静刚度试验；可双向加载，具有快慢行程控制、按预制曲线加载功能；能进行试验进程控制和实时数据采集、存储及处理，并生成刚度曲线。
对滚动直线导轨副进行静刚度试验，可以考察滚动直线导轨副的静刚度理论分析的正确程度，并为实际产品提供性能依据和选用参考。
滚动直线导轨副静刚度试验机是针对产品的刚性检测要求开发的一种专用试验机，试验机的开发对有效提高导轨副产品质量具有实际意义,同时也为新产品开发提供重要的试验装置手段。
凯特精机为提高滚动直线导轨副产品性能提供基础理论和试验依据，通过自主研发的刚度测量机，得出LGR滚柱导轨副刚性是相同规格滚珠导轨的两倍以上。
机床直线导轨用钢的动态刚度测量与分析
机床直线导轨用钢的动态刚度测量与分析【引言】机床直线导轨是机床的重要组成部分，直接影响机床的精度和稳定性。
而直线导轨的刚度是评估其性能的核心指标之一。
因此，对机床直线导轨用钢的动态刚度进行测量与分析，对提高机床精度和稳定性具有重要意义。
【测量方法】测量机床直线导轨用钢的动态刚度可采用自由衰减法，即施加一个周期性的力信号，通过测量导轨的相位差和系统的振动，计算得到机床直线导轨钢的动态刚度。
首先，根据实际情况选择合适的施加力信号。
一般情况下，可以选择正弦信号或方波信号。
正弦信号适用于测量较小刚度的导轨，而方波信号适用于测量较大刚度的导轨。
然后，在导轨的一端施加施加力信号，并通过传感器测量导轨的振动。
可以选择加速度传感器或激光干涉仪等测量设备。
通过测量得到导轨的振动响应，并记录下来。
接下来，对测得的振动信号进行频谱分析，得到导轨的频率响应函数。
通过对频率响应函数进行拟合，可以得到导轨的动态刚度。
【数据分析】通过测量机床直线导轨用钢的动态刚度数据，可以进行相应的数据分析和评估。
首先，利用测量的动态刚度数据和设计要求进行对比，判断导轨的刚度是否合格。
若刚度不符合要求，则需要进一步分析和调整。
其次，通过分析动态刚度曲线，可以观察到导轨在不同频率下的刚度变化情况。
根据刚度变化情况，可以评估导轨在不同频率下的稳定性和适用范围。
进一步地，可以将机床直线导轨的动态刚度与其它指标进行对比和分析，例如静态刚度、阻尼系数等。
这样可以全面评估机床直线导轨的性能，并找到改善的方向。
最后，还可以利用测量数据进行有限元分析，模拟机床直线导轨的刚度变化情况。
通过有限元分析，可以更加准确地预测导轨在不同工况下的刚度表现，并为导轨改进提供依据。
【结论】机床直线导轨用钢的动态刚度测量与分析对于提高机床精度和稳定性具有重要意义。
通过合适的测量方法和数据分析，可以获得导轨的刚度性能指标，并进一步进行评估和改善。
这有助于优化机床导轨设计，提高机床的加工精度和稳定性。
数控机床滑动导轨结合面动态特性参数测试及应用研究的开题报告
数控机床滑动导轨结合面动态特性参数测试及应用研究的开题报告一、研究背景数控机床一直是工业生产中不可或缺的设备，其精准度和稳定性对产品质量的影响很大。
数控机床的滑动导轨结合面动态特性参数对于机床的精度和稳定性也有着重要的影响。
因此，研究数控机床滑动导轨结合面动态特性参数测试及其应用是十分必要的。
二、研究内容本次研究旨在通过对数控机床滑动导轨结合面动态特性参数进行测试和分析，获取结合面的磨损和变形情况，并实现对机床的精度和稳定性的控制和优化。
具体内容包括：（1）设计并制作测试装置，包括传感器、测量仪器及采集系统等。
（2）对数控机床滑动导轨结合面进行动态特性参数测试，包括频率响应、阻尼比等参数。
（3）根据测试结果，对滑动导轨结合面的磨损和变形情况进行分析。
（4）基于测试结果，对机床的精度和稳定性进行控制和优化，提高机床的加工精度和效率。
三、研究意义通过对数控机床滑动导轨结合面动态特性参数的测试和分析，能够准确检测结合面的磨损和变形情况，并实现对机床的精度和稳定性的控制和优化，提高机床的加工精度和效率。
这对于工业生产具有重要的意义，能够提高产品质量，降低生产成本，增加生产效益。
四、研究方法本研究采用实验法和理论分析相结合的方法进行研究。
具体步骤如下：（1）设计测试装置，包括传感器、测量仪器及采集系统等。
（2）制作样品，并进行动态特性参数测试。
（3）根据测试结果，对滑动导轨结合面的磨损和变形情况进行分析。
（4）基于测试结果，对机床的精度和稳定性进行控制和优化，提高机床的加工精度和效率。
（5）总结研究成果，形成研究报告和论文。
五、研究计划本研究计划周期为一年，计划安排如下：第一阶段：文献调研和测试装置的设计（2个月）（1）进行文献调研，了解国内外相关研究的现状和发展趋势。
（2）设计测试装置，包括传感器、测量仪器及采集系统等。
第二阶段：数控机床滑动导轨结合面动态特性参数测试（5个月）（1）制作样品，包括两种不同材质的滑动导轨结合面。
直线滚动导轨结合部的静刚度解析
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ２ ０ ９ ５— ５ ０ ９ Ｘ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ７ ． ０ １ ９
直 线 滚 动 导 轨 结 合 部 的 静 刚 度 解 析
刘 洁
（ 延 安大 学 化学 与化 工学 院 ， 陕西 延安
７ １ ６ ０ ０ ０ ）
机 床 中各 结合 面 的静 、 动态 特性 对机 床 的性能
有显 著 的影 响 ， 要分析这些影响 ， 就 必 须 弄 清构 成
函数关 系。而实 际机 械 结构 中 ， 力从 一 个构 件 传 到
另一个构件 都是 由结 合面上 的 向和 切 向力 来实 现 结合 面 的构件 的变形 以及 结 合 面 上 压 力 的分 布 状 况 。机床 结合 面 静态 基 础 特 性 参 数包 括单 位 结 合
结合 面上 接触 压力 分 布与 接 触 变 形 大 小 必须 满 足
一
合部 受 到静载 荷 作 用 时 ， 结 合 面 表 现 出 弹性 性 质 ，
每个 接触 点在 某 一个 坐 标 轴 的方 向上 的 特性 可 以
用如 图 ｉ 所 示 的 弹簧 元 件来 等效 描 述 。 由 于结 合 面形 状误 差 （ 比如 平行 度 ） 、 油 膜 等 的存 在 ， 当构 件
受到 动载 荷作 用 时 ， 结 合 面 会 产 生轻 微 的滑 移 ， 这 时结 合 面表现 出 既有 弹性 又有 阻尼 的性质 ， 每 个接
定 的非 线性 协调 关 系 。因此 ， 在机 床结 构 的静态
基础 特性 计算 中 ， 零 件 与结合 部 的静 态基 础特 性计 算必 须 同时进 行 … 。 机床 的 刚度是 影 响加工 精度 的重 要 因素之 一 ，
机床直线导轨材料选择与性能分析
机床直线导轨材料选择与性能分析导轨作为机床的重要组成部分，负责支撑和引导运动部件，对机床的精度、稳定性和寿命有着重要影响。
机床导轨材料的选择和性能分析对机床性能的提升具有重要意义。
本文将对机床直线导轨的材料选择和性能进行详细分析与讨论。
一、机床导轨材料的选择因素1. 导轨耐磨性导轨在机床运行过程中要承受较大的负载和摩擦，因此导轨材料的耐磨性是一个非常关键的因素。
优质的导轨材料应具有较高的耐磨性，以保证长时间的使用寿命。
2. 导轨刚性导轨的刚性直接影响机床的加工精度和稳定性。
较高的刚性可以有效减小运动中的变形和振动，提高机床的加工精度和稳定性。
3. 导轨摩擦系数导轨摩擦系数影响机床的动态性能和能耗。
较低的摩擦系数可以降低能耗，提高机床的动态性能。
4. 导轨耐腐蚀性机床在使用过程中，可能会接触到各种液体和气体，导轨材料应具有良好的耐腐蚀性，以保证导轨的使用寿命。
二、常见的机床导轨材料及性能分析1. 铸铁材料铸铁材料是一种常见的导轨材料，具有良好的刚性和耐磨性。
铸铁导轨适合于中低速、中重负荷和一般精度要求的机床，如车床、铣床等。
2. 铝合金材料铝合金材料具有良好的刚性和耐磨性，重量轻，可以减轻机床的质量。
铝合金导轨适合于高速、轻载和较高精度要求的机床，如数控机床等。
3. 钢材料钢材料具有较高的强度和刚性，耐磨性良好。
钢导轨适用于高速、重载和高精度要求的机床，如加工中心、数控车床等。
4. 尼龙材料尼龙材料具有良好的自润滑性和耐磨性，摩擦系数低，能耗较低。
尼龙导轨适用于低速、轻载和一般精度要求的机床，如木工机床等。
5. 复合材料复合材料由多种材料混合而成，具有优良的综合性能。
复合导轨在机床上的应用广泛，可以满足不同的工作条件和要求。
三、机床导轨材料的应用案例1. 铸铁导轨的应用铸铁导轨广泛应用于车床、铣床等中低速、一般精度要求的机床。
铸铁导轨适用于承受较大负荷和冲击的工作环境，具有较好的耐磨性和刚性。
2. 铝合金导轨的应用铝合金导轨适用于高速、轻负载和较高精度要求的机床，如数控机床。
导轨精度分析及轴向刚度计算
导轨精度分析及轴向刚度计算摘要在超精密机床中，导轨的各项精度决定了其他部件的运行精度。
高精度导轨可以保证刀具和工件的几何关系，能有效提高工件的加工精度，因此导轨精度是影响机床加工精度。
关键词导轨精度；导轨直线度；刚度计算1.导轨精度及影响导轨精度的因素导轨的几何精度包括导轨在垂直平面和水平面间的直线度、导轨面间的平行度及导轨间的垂直度。
影响导轨精度的主要因素主要有以下几点。
（1）导轨的直线度直接影响导轨面间的平行度及导轨间的垂直度；（2）导轨刚度，导轨受力会产生接触变形、局部变形与自身变形（3）导轨表面粗糙度；（4）导轨的结构类型直接影响机床的定位精度、重复定位精度等其他精度指标。
为了提高本导轨的定位精度，本文采用闭环控制。
将位置检测装置光栅尺直接安装在溜板上，获取控制对象的位置信息后，与指令脉冲进行比较，比较结果通过伺服放大器传给伺服电机进行相应动作，从而实现控制对象的精确运动和定位。
2.导轨直线度加工与检测是互相影响、互相促进的一个整体。
在各种测量中，直线度测量是平面度测量等其他一切测量的先决条件。
2.1直线度定义所谓直线度误差就是指“被测实际线与理想直线的偏差量”，需要注意的是所选理想直线不能随便给定，理想直线需要尽可能小地囊括被测实体，即要符合规定的最小条件。
2.2导轨直线度测量方法导轨直线度的检测主要分为有基准测量和无基准测量两类。
对于一般导轨其直线度通常利用水平仪与桥板采用节距法来测量，而在高精度导轨直线度测量中，则采用直尺反转测量误差分离法测量。
2.3导轨直线度评定方法导轨主要是对其在给定平面内进行直线度检测。
对给定平面内的直线度误差的评定方法一般有最小包容区域法（最小条件法）、两端点连线法以及最小二乘法。
3.零件的研磨加工导轨高的平面度与直线度主要是靠研磨加工来保证的，因此需要采用平面研磨机对导轨、溜板及其他零件进行平面的研磨加工。
研磨导轨上配合平面时，研磨机的固定装置给工件一定的挤压力，以将其固定在研磨盘上，研磨盘的旋转会带动工件的旋转，同时将含有磨料的研磨液由研磨盘中心处加入工件与研磨盘之间。
导轨结合面特性参数识别方法综述
导轨结合面特性参数识别方法综述马文硕（北京信息科技大学机电工程学院，北京 100192）摘要：导轨是机床上的重要部件之一，它在很大程度上决定了机床的刚度、精度与精度保持性。
但导轨的结合面刚度、阻尼等参数难以精确确定，刚度模型难以准确反映实际状况，致使其数学模型的求解工作量十分巨大，因此如何正确的对导轨结合面进行建模与分析一直是国内外动力学建模领域研究的难点和热点之一。
本文介绍了国内外导轨副结合面动态参数的识别方法，对于准确确定导轨结合面动态特性参数，机床导轨的正确选型以及机床动态性能的分析及优化具有重要意义。
关键词：弹跳机器人，蝗虫，弹跳机构，虚拟样机，仿真分析Review of identification method for characteristic parameters of g uide’sjoint surfaceMA Wen-shuo(Beijing Information Science & Technology University, Mechanical and ElectricalEngineering College, Beijing, 100192)Abstract:The guide is one of the important parts in machine tools, which has great influence on the rigidity, accuracy and stability of precision of the machine tool. But parameters such as joint stiffness and damping of the guide are difficult to determine precisely, stiffness model is difficult to reflect the actual situation accurately, the workload of solving the mathematical model is very large, so how to modeling and analysis the guide surface correctly is a difficult and hot research field of domestic dynamics modeling. This paper introduces the identification methods of the dynamic parameters of the guide surface both in China and abroad of China, which is of great significance for determination of guide parameters combined with dynamic characteristics accurately, as well as the selection of the machine tool and the machine tool's dynamic performance analysis and optimization.Key words:Jumping robot, locusts, jumping mechanism, the virtual prototype, the simulation analysis一、引言随着当前全世界范围内的制造业对高速度、高精度加工制造装备的需求日益迫切，设计并制造出具有优良动态特性的制造装备是满足当前市场需求的唯一技术途径。
数控化再制造机床导轨结合面刚度分析
中 图 分 类 号 ：Ｈ１ ； Ｇ ５ Ｔ ６ Ｔ ６
文 献 标 识 码 ： Ａ
Ｔｈ ｔｆｎｅ ｓ Ａｎａ ｙ ｉ ｆＧｕｉ ｅ ｉ ｒ ａ ｅ ｉ ｍ ｅ ｉａ ｍａ ｆ ｃ ｕｒ ｆ Ｍ ａ ｈｉ ｏ ｅ Ｓ ｉｆ ｓ ｌ ｓｓ ｏ ｄ ｓＪｏｎｔＳｕ ｆ ｃ ｎ Ｎｕ ｒ ｃ ｌＲｅ ｎｕ ａ ｔ ｅ ｏ ｃ ｎｅ Ｔｏ ｌ
模拟 结合 面 间 的状 。 以某 改 造 机 床 为研 究 对象 ，
原 机床 经过 多年 长期 工 作 ， 轨磨 损 较 为严 重 ， 响 导 影 了机 床的 加 工 精 度 。根 据 承 载 能力 及 刚度 、 动速 移
控 化 再 制 造 中 的 一 项 重 要 内容 。 常 用 的 导 轨 改 造 方
析奠定 基础 。 １ 基 于 ＡＮＳ ＹＳ的 有 限 元 非 线 性 接 触 分 析
接触 分析 是典 型的非 线性 问题 ， Ａ Ｓ Ｓ中 ， 在 ＮＹ 利 用接 触单元 法 ， 两 接 触 面 或 潜 在 的接 触 面 间 建 立 在 接触 单元 ， 通过 接 触单 元 这 类 特 殊 的“ 约束 ” 准 确 来
・
设计与研究 ・
组合机床与自 动化加工技术
文 章 编 号 ：０ １— ２ ５ ２ １ ） ０—０ １ ０ １０ ２６ （ ００ １ ０ ６— ４
数 控 化 再制 造 机 床 导轨 结 合 面 刚 度 分析
浦 秋 林 ， 筱 调 ， 荣 晶 黄 洪
（ 京 工 业 大 学 机 械 与 动 力 工 程 学 院 ， 京 ２ ０ ０ ） 南 南 １０ ９
再制造机床滑动导轨结合面的刚度分析
Ｄ Ｉ． Ｔ
（） ９
Ｋ ＝
ｄ 。
对 于 粗 糙 表 面 上 的 单 个 微 凸 体 ，可 以将 其 近 似 等 效 为
形 模 型 ， 贴 塑 导轨 进 行 分析 ， 得 其 法 向 刚 度 ； 对 求 并进 行 了数 字仿 真 ， 真 结 果 与 文 献 实验 研 究 结 果相 一 致 ， 而 为 今 后 的 仿 从
机 械 动 态性 能 分 析 奠 定 了一 定 的 基 础 。 关键词 ： 制造 再 导轨 刚度 分 形 理 论
参 考 文 献
［ ］ 陈 建 刚 ．基 于 可 编 程 控 制 器 的 回转 工 作 台控 制 系 统 设 计 １ ［］ 械 制 造 ， ０ ，６ １ ： － ９ Ｊ． 机 ２ ８ （） ６ ３． ０ ４ ３
［ ］ 朱 磊 ．ｒ／Ｎ Ｉ Ｅ Ｒ 中 文 野 火 版 ４０基 础 教 程 ［ ］ 沙 ： ２ Ｐｏ Ｇ Ｎ Ｅ Ｅ ． Ｍ ． 长
△
（ 辑 丁 罡 ） 编
２１ ２ ０ ２／
机械制造 ５ 第 ５０期 ０ ７
较 软 材 料 屈 服 强 度 和 当 量 弹 性 模 量 Ｅ 关 的 系 数 ， 有 ＝
ｙ
／ 。 Ｅ
结 合 面 法 向接 触 刚 度 Ｋ 可 由式 （ 进 行 计 算 ： ９）
Ｋ ＝Ｉ （）ａ ｋｎａｄ
国 防科 技 大 学 出版 社 ，０ ０ ２ １
［ ］ 陈建 刚 ． 电控 制 技 术 ［ ． 沙 ， 防科 技 大 学 出 版社 ，０ ０ ３ 机 Ｍ］ 长 国 ２ １． ［］ 陈建刚． ４ 回转 工作 台 参 数 化 设 计 与稳 态 分 析 ［］ 陕 西 理 工 Ｊ．
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得到滑轨联接面的变 滑轨进行了静力位移场计算 ， ［3］ 。 形及载荷分布 张广鹏等 基 于 结 合 面 动 态 基 础 研究了导轨结合部动态特性的建模解析 特性参数 ， ［4］ 方法 。 张学良 基于分形理 论 建 立 了 机 械 结 合 面 ［5］ 接触刚度的分形模型 。 王 世 军 等 基 于 结 合 面 特 性参数 ， 提出机床导轨结合部特性仿真分析的有限 ［6］ 元方法 。 王维友 分析了影 响 滑 动 导 轨 动 态 性 能 的主要因 素 ， 确定了滑轨动态试验研究内容和方 法 。 上述研究集中在滑轨联接部的等效处理 、 计算 以及性能参数的试验提取 ， 缺少对滑轨联接面性能 分析的研究 。 本文对两种滑截面构型的滑轨联接面进行静态 性能计算， 对滑轨联接面的位移特性进行了分析， 从 联接面的位移特性找出联接面刚度与机床刚度的关 系， 为滑轨联接面设计提供了依据。
马雅丽， 叶志明， 孙守林， 申会鹏
（ 大连理工大学 机械工程学院， 辽宁 大连 116024 ）
*
摘要： 采用有限元法对平床身数控车床进行了静态性能计算。 基于位移场结果， 对比分析了矩形滑 轨和燕尾形滑轨的位移特性， 研究了滑轨联接面静态性能与机床刚度的关系 。 考察了两种截面构型 统计出其有效接触面百分比。 结果表明， 燕尾形滑轨机床 X / Y 向刚度均高 滑轨的接触面分布规律， 。 45. 9% ， 于矩形滑轨 矩形滑轨有效接触面积百分比为 燕尾形滑轨为 15. 6% ， 矩形滑轨的载荷分布 比燕尾形滑轨要均匀。 关键词： 滑轨联接面； 刚度性能； 位移特性 中图分类号： TH114 ； TG659 文献标识码： A Ｒesearch on Slideways Characteristics Based On Machine Tool Stiffness MA Yali，YE Zhiming，SUN Shoulin，SHEN Huipeng （ School of Mechanical Engineering，Dalian University of Technology，Dalian Liaoning 116024 ，China） Abstract： The static performance of a horizontal lathe is calculated by means of FEM （ Finite Element Method ） ． Based on the displacement field ，the displacement characteristics of two kind of sliding guides with cross section of rectangle and dovetail is analyzed． The relationship of static performance of the sliding joint surface and the stiffness of the machine tool is studied． The distribution of joint surface ’ s contact area of two kind of sliding guides is investigated and a statistics of the percentage of the effective contact area is made． The result indicates that，for the sliding guide joint of saddleslide plate ，the X / Y twoaxis stiffness of the machine tool with dovetail guide is higher than the machine tool with rectangular guide． The percentage of the effective contact area of rectangular guide is 45. 9% and at the same time the value of the dovetail guide is 15. 6% ，the load distribution of the rectangular guide is more uniform than the dovetail guide． Key words： sliding guide joint surface； stiffness characteristic； displacement characteristics
计算结果
有限元静力计算是分析研究对象在静态载荷作 用下的位移和应力。用 ANSYS 分析软件完成床鞍横 滑板的边界条件设置、 载荷的施加， 对其进行静力计 算。本文主要对机床位移场进行数据提取， 位移场 如图 3 所示。
2013 年 11 月
马雅丽， 等： 基于机床刚度的滑轨联接面性能分析
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组合机床与自动化加工技术
第 11 期
1
滑轨联接截面构型
机床滑轨的作用是导向和承载， 引导运动部件 ， 沿一定轨迹准确地运动 并承受运动部件及其上安 ［7 ］ 装件的重量和切削力 。 滑轨联接的截面构型指滑轨纵向横截面上所具 有的不同形 状。 机 床 滑 轨 联 接 面 有 多 种 不 同 的 构 型， 常用的 有 矩 形 滑 轨、 三角形滑轨和燕尾形滑轨 如表 1 所示。 等，
表4
矩形 燕尾形
机床 Y 向刚度是受滑轨结构 Y 向刚度与 X / Y 向 抗弯刚度影响的。 提取 滑 轨 联 接 面 两 侧 边 Y 向 位 分析滑轨联接面对机床 Y 向刚度的影响。 移， 以滑轨联接面长度方向坐标为 X 轴， 滑轨两侧 边 Y 向位移为 Y 轴， 绘制滑轨 Y 向变形曲线如图 5 所示。
机床刚度（ N / μm）
X 向刚度 166. 96 174. 53 Y 向刚度 236. 53 272. 32
3
滑轨联接面静态性能对机床刚度影响
机床静态刚度主要由支承零部件结构刚度、 联 接面刚度和传动部件刚度等组成。 影响联接面刚度 的因素有联接面类型、 联接面布局和联接面结构特 征等。滑轨联 接 面 截 面 构 型 反 映 了 滑 轨 的 承 载 特 点， 影响滑轨联接面的刚度。 基于有限元计算结果， 提取横滑板滑轨面两侧边位移， 分析滑轨联接面变 形对机床 X / Y 静态刚度的影响。 3． 1 机床 X 向刚度分析 不同滑轨联接面构型的静态性能各异 ， 对机床 X 向刚度的影响各不同。提取滑轨联接面两侧边 X 向 位移， 分析滑轨结构 X 向刚度与 Y 向抗弯刚度对机 床 X 向刚度的影响。 以滑轨联接面长度方向为坐标系的 X 轴， 滑轨 X 向位移为 Y 轴， 绘制滑轨两侧边 X 向变形曲线如 图 4 所示。
切削载荷（ N）
矩形 4560 5860 － 13000 燕尾形 4560 5860 － 13000
图1
平床身数控车床
Y 向载荷 Z 向载荷
2. 2
床鞍横滑板实体模型 2. 4
平床身数控车床共有三处滑轨联接面， 分别为 床身—尾座联接面、 床身—床鞍联接面和床鞍—横 滑板联接面。选取床鞍—横滑板联接面作为主要分 析对象， 床鞍横滑板实体模型如图 2 所示。 车床床鞍与横滑板的滑轨连接， 常用的截面构 型有矩形滑轨和燕尾形滑轨。 对床鞍—横滑板实体
燕尾形 滑轨A． 横滑板 ． 床鞍A． 固定部件 燕尾形 B． 移动部件 C． 滑轨面
2
有限元静力计算
为保证分析结果准确性的同时提高计算效率， 床 鞍、 横滑板、 刀架底座和刀架细节结构进行简化， 如倒 圆角及小尺寸螺栓孔。床鞍、 横滑板、 刀架底座和 角、 刀架为铸造件， 其材料为灰口铸铁 HT300， 弹性模量为 1. 5 × 10E11Pa， 0. 25 ， 7400Kg / m3 。 泊松比为 密度为 2. 3 边界条件 零件的边界条件提取与等效直接影响有限元的 静力计算结果准确性。 边界条件分为约束边界条件 和载荷边界条件。约束边界条件指分析对象自由度 的限制情况。载荷边界条件指分析对象承受载荷的 情况。 床鞍与床身的滑轨联接面约束了床鞍的 Y / Z 向 自由度， 对其施加 Y / Z 向位移约束。 床鞍与床身丝 杠的联接面约束了床鞍的 X 向自由度， 对其施加 X 向位移约束。 载荷边界条件为车床在切削试验工况下承受的 切削载荷。 选择横滑板位于床鞍中间位置工况， 根 ［8 ］ 据切削力经验公式 进行计算， 得到切削载荷如表 3 所示。
第 11 期 2013 年 11 月
组合机床与自动化加工技术 Modular Machine Tool ＆ Automatic Manufacturing Technique
No． 11 Nov． 2013
文章编号： 1001 － 2265 （ 2013 ） 11 － 0001 － 04
基于机床刚度的滑轨联接面性能分析
表1
名称
模型分别采用矩形滑轨和燕尾形滑轨联接， 共进行 两次有限元静力计算。截面构型如表 2 所示。
滑轨截面构型
备注 A． 固定部件 名称
图2 表2
床鞍—横滑板实体模型 横滑板—床鞍滑轨截面构型
滑轨截面图 备注 A． 横滑板 B． 床鞍
滑轨截面图
矩形
B． 移动部件 C． 滑轨面
矩形滑轨
A． 固定部件 三角形 B． 移动部件 C． 滑轨面
8μm。矩形滑轨与燕尾形滑轨构型对机床 X 向刚度影 响差异不大， 矩形滑轨抵抗 X 向整体位移能力比燕尾 燕尾形滑轨 Y 向抗弯能力要优于矩形滑轨。 形要好， 由表 4 可 知， 矩形滑轨机床的 X 向刚度为 166. 96N / μm， 燕尾形滑轨机床的 X 向刚度为 174. 53N / μm。因此， 燕尾形滑轨机床 X 向刚度高于 矩形滑轨。
图3 整机位移场
3. 2
机床 Y 向刚度分析