滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副可靠性測(cè)試機(jī)設(shè)計(jì)

漢江機(jī)床有限公司（陜西漢中 723003）張立民 李定武 李 敏 陸 曉

現(xiàn)有的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副可靠性測(cè)試機(jī)只是在空載條件下對(duì)導(dǎo)軌副進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果不能反映其全面的技術(shù)性能，即在高速和重載條件下滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的運(yùn)行距離是否能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，也就無(wú)法反映導(dǎo)軌副的真實(shí)可靠性。而且目前國(guó)內(nèi)在滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副可靠性技術(shù)研究方面，缺乏系統(tǒng)化研究成果，尤其在滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副可靠性試驗(yàn)方面基本上還屬空白。作為“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項(xiàng)重點(diǎn)的核心功能部件——高速、重載滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副在可靠性技術(shù)研究方面同樣也缺少可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)?；诖朔N狀況，我公司自主研發(fā)了滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副可靠性測(cè)試機(jī)（見(jiàn)圖1，已申報(bào)發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)枺?01110433986.8），現(xiàn)已投入使用并穩(wěn)定工作三年。

圖1 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副可靠性測(cè)試機(jī)

1.可靠性測(cè)試機(jī)的用途和使用范圍

該可靠性測(cè)試機(jī)主要用于測(cè)量滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的可靠度、平均故障間隔時(shí)間（MTBF）、平均故障間隔次數(shù)（MTBF）和平均修復(fù)時(shí)間（MTTR）等可靠性指標(biāo)。

它不但可以在“高速或重載”條件下測(cè)量滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的可靠性指標(biāo)，還可以測(cè)量D20～D65滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的性能指標(biāo)（如加載力、運(yùn)行距離、速度、溫升、噪聲等參數(shù)），同時(shí)也可以測(cè)量滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的額定動(dòng)載荷、壽命等性能指標(biāo)，并且還可以測(cè)量滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副靜剛度。

2.可靠性測(cè)試機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)

該測(cè)試機(jī)外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）： 4460mm×1060mm×1350mm；可測(cè)試導(dǎo)軌副規(guī)格：D20～D65 ；可測(cè)試導(dǎo)軌副最大長(zhǎng)度：3200mm； 可同時(shí)測(cè)試導(dǎo)軌副數(shù)：D20～D35（每次2副），D45～D65（每次1副）；加載力范圍：0～320k N； 運(yùn)行速度0～100m/min； 電動(dòng)機(jī)功率：4kW。

3.可靠性測(cè)試機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖2 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副可靠性測(cè)試機(jī)系統(tǒng)布局圖

該可靠性測(cè)試機(jī)系統(tǒng)布局如圖2所示。由于該可靠性測(cè)試機(jī)是針對(duì)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的“高速、重載”要求而設(shè)計(jì)的。因此，要求床身剛性高、承載大、抗沖擊能力強(qiáng)。該測(cè)試機(jī)的床身采用HT250整體澆鑄，并用機(jī)床墊鐵調(diào)整水平，用地腳螺栓固定床身與地基。床身中間偏左側(cè)安裝有一齒條21，床身的左右兩側(cè)安裝有兩副滾柱直線導(dǎo)軌副17和23。

龍門架采用鋼板整體焊接而成。兩側(cè)立柱前后兩端各焊接四塊三角形鋼板，使整個(gè)龍門架具有超強(qiáng)剛性和超大的承載能力。

變速機(jī)構(gòu)安裝在龍門架左側(cè)立柱底板前面，變速器的輸出軸向下從龍門架左側(cè)立柱底板的中間伸出，輸出軸上的齒輪22與床身上的齒條21實(shí)現(xiàn)嚙合。通過(guò)變頻電動(dòng)機(jī)和相關(guān)電控元件可實(shí)現(xiàn)0～100m/min運(yùn)行速度。

加載機(jī)構(gòu)固定于龍門架的右側(cè)立柱內(nèi)側(cè)面上，其主要由支頭14、法蘭13、壓力傳感器12、支座11、液壓裝置6、頂蓋5、螺母座9、梯形絲杠副8、手輪7和滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副10等零件組成，支頭14和法蘭13通過(guò)螺釘與壓力傳感器12的下部聯(lián)接，壓力傳感器12通過(guò)內(nèi)六角圓柱頭螺釘聯(lián)接于支座11的下底面，液壓裝置6安裝于支座11的上面，液壓裝置6的活塞桿的頂部裝有頂蓋5，梯形絲杠副8的螺母安裝于支座后側(cè)的螺母座9上，梯形絲杠副8的絲杠的上部裝有手輪7，支座11與滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副10的滑塊相聯(lián)接；被測(cè)滾動(dòng)導(dǎo)軌副19通過(guò)T形槽用螺母和螺釘沿縱向緊固于床身臺(tái)面上。

該測(cè)試機(jī)在加載運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)壓力傳感器12、溫度傳感器18和20、噪聲傳感器4、加速度傳感器2及相關(guān)的電控系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)被測(cè)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的壓力、溫升、噪聲、加速度的變化情況。

4.可靠性試驗(yàn)方法和步驟

（1）測(cè)試前先檢測(cè)同一批被測(cè)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副19的精度、摩擦力。

（2）被測(cè)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副19的安裝與加載：①先將被測(cè)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副19安裝到測(cè)試機(jī)的床身臺(tái)面上，用螺釘將被測(cè)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副19輕微固定。②將龍門架的光電開(kāi)關(guān)15和床身兩端的反射板16調(diào)整至合適位置。③移動(dòng)被測(cè)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副19上的滑塊，使滑塊與壓力傳感器12對(duì)正，再旋轉(zhuǎn)龍門架上的手輪7使加載機(jī)構(gòu)向下移動(dòng)，當(dāng)壓力傳感器12下的支頭14與被測(cè)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副19滑塊頂面接觸后，再開(kāi)啟液壓裝置6，使液壓裝置6伸縮桿端頭的頂蓋5抵在龍門架的橫梁上，給被測(cè)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副19的滑塊加載，加載過(guò)程中同時(shí)觀查控制箱上的數(shù)顯儀表，先使被測(cè)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副19承載0.5k N左右的輕量載荷。④調(diào)整變頻電動(dòng)機(jī)1～2m/min，使龍門架往復(fù)跑合1～2次，然后將被測(cè)導(dǎo)軌副19的安裝螺釘從中間向兩端逐個(gè)緊固，再開(kāi)始低速運(yùn)行，一邊運(yùn)行，一邊加載，逐步加載至模擬工況下所要求的載荷。

（3）被測(cè)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副19測(cè)試速度調(diào)整：在龍門架往復(fù)運(yùn)行過(guò)程中，適時(shí)旋動(dòng)控制箱面板上的調(diào)速旋鈕，直到運(yùn)行速度調(diào)達(dá)到模擬工況所要求速度。

（4）被測(cè)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副19運(yùn)行至10k m后，檢查被測(cè)導(dǎo)軌副19上各零件是否有損壞。若無(wú)損壞，則繼續(xù)運(yùn)行至設(shè)定距離（如20km）；若有損壞且是不可修復(fù)的，則試驗(yàn)終止。

（5）運(yùn)行到設(shè)定距離（如20km）后，將被測(cè)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副19拆卸下來(lái)，對(duì)其精度、摩擦力進(jìn)行檢測(cè)，若合格則繼續(xù)完成后續(xù)行程試驗(yàn)；若不合格則試驗(yàn)終止。

（6）全程試驗(yàn)結(jié)束后，再次檢測(cè)被測(cè)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副19的精度和摩擦力。

（7）對(duì)抽檢的所有被測(cè)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副均按照上述1～6步驟測(cè)試：①試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)隨時(shí)檢查被測(cè)導(dǎo)軌副的運(yùn)行情況（載荷、速度、運(yùn)行距離等），并做好記錄，記錄應(yīng)準(zhǔn)確，凡涂改之處應(yīng)有記錄人的簽章并闡明理由。②試驗(yàn)過(guò)程中，一旦發(fā)現(xiàn)故障，應(yīng)立即停止試驗(yàn)進(jìn)行檢查。檢查人員根據(jù)故障判據(jù)、計(jì)數(shù)原則，對(duì)故障立即進(jìn)行記錄，并填寫“故障記錄單”及“故障分析報(bào)告”。

（8）可靠性評(píng)定：①試驗(yàn)過(guò)程中，如果被測(cè)導(dǎo)軌副出現(xiàn)精度喪失、預(yù)緊拖動(dòng)力喪失、滾道表面剝落、點(diǎn)蝕或磨損等其中的任一項(xiàng)時(shí)，則判定為可靠性不合格。②平均無(wú)故障運(yùn)行80k m，或累積運(yùn)行100k m，評(píng)定可靠性合格。未達(dá)到規(guī)定目標(biāo)，則判定為可靠性不合格。③統(tǒng)計(jì)合格根數(shù)，計(jì)算出該批被測(cè)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的可靠度X%，X＝合格根數(shù)/總根數(shù)。