滾動直線導軌磨削方法研究

李 薇

（大連機床集團有限責任公司，遼寧 大連116024）

作者：李薇，女，工程師，主任，從事滾動直線導軌研發工作。

滾動直線導軌副采用封閉式結構，利用鋼球或滾柱作為滾動體，從而實現載荷的支撐并實現機械直線往復運動的導向功能。由于其結構的特殊性，使得滾動直線導軌副具有其它一些導向機構無法比擬的優點，如：①摩擦力小，僅為滑動導軌的1/20，且動靜摩擦系數變化??；②滾動單元之間為純滾動，低速運動時無爬行；③運動效率高，驅動裝置的功率僅為滑動結構的70%～80%；④封閉式導軌，可承受各種方向的載荷；⑤生產成本低、維護方便。滾動直線導軌是滾動直線導軌副實現直線運動的基本載體，對運動精度及行程起決定性作用。因此，研究滾動直線導軌磨削加工方法，提高其加工精度，對于提高滾動直線導軌副整體性能具有重要意義［1］。

隨著科學技術現代化的不斷發展，磨削加工作為一種先進的制造技術在國民生產、生活中占有重要地位。磨削加工技術的發展實現了在現代機械制造中的精密加工和超精密加工，滿足了人們對產品高精度、高品質、高度自動化的需求［2—4］。磨削作為滾動直線導軌加工中的一道重要工序，目前采用的磨削加工方法存在一些不足，本文在對滾動直線導軌傳統磨削加工方法深入分析的基礎上，提出了一種新的滾動直線導軌磨削方法——三軸成形磨削方法，從而提高滾動直線導軌的加工精度。

1 滾動直線導軌傳統磨削方法存在的問題

1.1 滾動直線導軌的精度要求

由于滑座的往復運動是在導軌上實現的，所以滾動直線導軌的運動精度取決于導軌的制造精度。導軌的結構及精度要求見圖1。主要精度有如下幾項：

（1）其中四條滾道工作面作為滑座中滾動體的運動滾動面，它們對安裝基準面A及安裝基準面B的平行度誤差會直接反映為滑座對導軌的平行度誤差，按照國家標準規定這項精度要求為1級精度0.002 mm/500 mm、0.004 mm/1000 mm、0.01 mm/4000 mm、0.013 mm/6000 mm。

（2）任意截面內滾道1與滾道2對A面的等高允差不大于0.003 mm。

（3）任意截面內滾道1與滾道3對B面中心所形成的平面距離與A面的垂直度允差不大于0.003 mm。

（4）任意截面內滾道1、3之間的中心距與滾道2、4之間的中心距的同大誤差不大于0.003 mm。

（5）任意截面內滾道1、2之間的中心距與滾道3、4之間的中心距的同大誤差不大于0.003 mm。

（6）各滾道之間的輪廓度允差不大于0.003 mm。

1.2 滾動直線導軌傳統磨削方法

機械往復運動通過導軌來實現，而滾動直線導軌的運動精度取決于導軌的制造精度。磨削作為滾動直線導軌加工中的一道重要工序，對于保證滾動直線導軌制造精度具有重要意義。滾動直線導軌磨削方法主要有以下4種，目前常用的為后3種：

方法1：需三道工序來實現兩側滾道工作面及安裝底面、兩側面磨削（見圖2a）。

（1）平面磨床上磨削上下兩面及兩側面；

（2）平面磨床配置一套修整裝置，工件以安裝底面固定、側面校正，一只磨頭磨削一側滾道工作面；

（3）工件掉頭，同樣以安裝底面固定、側面正校，一只磨頭磨削另一側滾道工作面。

由于精度及效率的原因，這種方式已很少使用，故不在討論之列。

方法2：通過兩道工序來實現兩側滾道工作面及安裝底面、兩側面磨削（見圖2b）。

（1）平面磨床上磨削上下兩面及兩側面；

（2）成型磨床配置兩套修正裝置，工件以安裝底面固定、側面正校，兩只磨頭分別磨削兩側滾道工作面。

方法3：通過兩道工序來實現兩側滾道工作面及安裝底面、兩側面磨削（見圖2c）。

（1）平面磨床磨削安裝底面及頂面；

（2）成型磨床配置兩套修正裝置，工件以安裝底面固定，兩只磨頭一次完成兩側面及兩側滾道工作面的磨削。

方法3：通過兩道工序來實現兩側滾道工作面及安裝底面、兩側面磨削（見圖2d）。

（1）平面磨床磨削安裝底面；

（2）成型磨床配置三套修正裝置，工件以安裝底面固定，兩只磨頭一次完成兩側面及兩側滾道工作面的磨削，第三只磨頭完成導軌頂面磨削。

1.3 傳統磨削方法存在的問題

對滾動直線導軌傳統磨削加工方法進行深入分析，可以發現，目前所采用的三種滾動直線導軌磨削方法存在以下不足：

（1）由于被加工工件的安裝底面與滾道工作面及側面是在兩臺機床，兩次裝夾過程中完成，二次裝夾誤差會造成滾道工作面加工精度的降低且加工成本增加。

（2）用兩套修正裝置分別修正兩側面滾道砂輪，由于兩套修正裝置的制造精度及等高誤差會造成兩側滾道的實際加工誤差。

（3）工件以螺栓固定，輔助時間比較長，加工效率較低。

2 三軸成形磨削方法

基于磨削在滾動直線導軌加工制造中的重要性，及對滾動直線導軌傳統磨削方法存在不足深入分析的基礎上，本文提出了一種新的滾動直線導軌磨削方法——三軸成形磨削方法。三軸成形磨削方法結構簡圖如圖3所示。具體步驟如下：

（1）平面磨床加工工件頂面；

（2）被加工工件倒置，通過磁性工作臺固定于機床上；

表1 三軸成形磨削方法與傳統磨削方法性能比較

（3）通過一套砂輪成形修正裝置完成兩只磨頭的滾道修正；

（4）兩只成形砂輪同時磨削工件的兩側面及滾道工作面；

（5）在兩只磨頭磨削兩側面的同時，第三只磨頭同步加工安裝底面。

此方法的優點在于：

（1）被加工工件通過磁性工作臺固定于機床上，不需用螺釘逐孔固定，既提高了工作效率，又保證了安裝精度。

（2）利用一套砂輪成形修正裝置完成兩只磨頭的滾道修正且兩只成形砂輪同時磨削工件的兩側面及滾道工作面，很好的保證了兩側滾道工作面輪廓位置精度，同時具有很高的尺寸一致性。

（3）安裝底面、滾道工作面、側面同步加工，從而保證了滾道對安裝底面的尺寸精度與位置精度，達到提高工件加工精度的目的。

（4）砂輪修正裝置與工件在機床工作臺上且呈軸向串聯排列布置，消除了由于溫升引起的工作臺橫向伸長對加工精度的影響。

（5）如工件以A面安裝，則可加工滾道布置在兩側面及頂面的導軌，該產品用于為主要載荷垂直向下的單向重載導軌。

3 分析比較

本文提出的三軸成形磨削方法與傳統的滾動直線導軌磨削方法性能比較如表1所示。

由表1可知，滾動直線導軌傳統磨削方法中，方法2加工精度為0.01 mm/1000 mm，方法3加工精度為0.008 mm/1000 mm，方法4加工精度為0.005 mm/1000 mm。本文提出的三軸成形磨削方法加工精度為0.002 mm/1000 mm，顯然顯著地提高了滾動直線導軌的加工精度。

4 結語

磨削作為滾動直線導軌加工中的一道重要工序，研究滾動直線導軌磨削方法對于提高其加工精度，進而提高滾動直線導軌副整體性能具有重要意義。傳統滾動直線導軌磨削方法存在加工成本高、加工精度低、加工效率低等不足，在深入分析傳統滾動直線導軌磨削方法不足的基礎上，提出了三軸成型磨削方法。與傳統磨削方法性能比較結果表明，本文提出的三軸成形磨削方法能夠顯著提高滾動直線導軌的加工精度，且效率較高。同時，本文提出的磨削方法為相關產品磨削方法的研究提供一定的借鑒作用。

［1］徐起賀，陳靜.滾動直線導軌副的研究現狀及發展動向［J］.河南機電高等專科學校學報，2009，17（2）：1—3.

［2］李伯民，趙波.現代磨削技術［M］.北京：機械工業出版社，2004.

［3］A.D.Batako，W.B.Rowe，M.N.Morgan.Temperature measurement in high efficiency deep grinding［J］.International Journal of Machine Tools&Manufacture，2005，45：1231—1245.

［4］H.Huang，Y.C.Liu.Experimental investigations of machining characteristics and removal mechanisms of advanced ceramics in high speed deep grinding［J］.International Journal of Machine Tools&Manufacture，2003，43：811—823.