滚动直线导轨副静刚度仿真及试验分析(2)
致 谢 39
参考文献40
1 绪论
1.1 引言
随着信息化和工业4.0的时代到来，数控机床在制造业中起着举足轻重的作用，滚动直线导轨副是数控机床伺服系统执行机构的重要组成环节，是保证伺服执行机构严格执行数控指令的向导，具有承载能力大、接触刚度高、动静摩擦系数小、定位精度高、精度保持性好等优点，其特性直接影响机床的加工精度及性能[1]。
图1.1为滚动直线导轨副基本组成结构。除在数控机床领域的应用外，滚动直线导轨副工业机器人、食品饮料机械、造纸印刷、测量仪器、搬运装置、医疗设备及建筑装备等领域得到越来越广泛的运用[2]。
图1.1 滚动直线导轨副基本结构
经过多年的发展，目前世界范围内只有几个先进工业国才具有生产滚动直线导轨副的能力，且逐渐形成一些著名的固定生产厂家如日本的THK、日本精工NSK、IKO、NACHI公司、美国的TIMKEN、TORRWGTON公司、德国的INA、FAG公司、瑞典的SFK公司、中国台湾的HIWIN公司等等，这些公司在滚动直线导轨的研究及开发设计新产品方面处于领先水平[3]，其中日本THK公司已占据全球60%以上的市场份额。我国滚动直线导轨副的设计生产起步较晚，自改革开放以来，国内涌现出了许多生产企业，具有代表性的有中国艺工（原南京工艺装备厂）、汉江机床厂、广东凯特精密机械有限公司等[4]。高精度滚动直线导轨副的研发受到国家高度重视，成立重大专项投入了巨额资金支持，国内厂家经过多年研发，制造能力和产品质量逐渐提升并与国际接轨。
国内各厂家生产的产品，虽然在结构尺寸上与国外产品较无差异，但是在承载力、静刚度、使用寿命等方面还存在很大差距，因此迫切需要从理论基础、加工工艺、材料选型、设计检测等方面全面提高。
1.2 滚动直线导轨副国内外研究概况
1.3 滚动直线导轨副静刚度研究概况
1.4 论文主要内容
本文首先介绍了滚动直线导轨副静国内外发展及研究情况，其次介绍了研究导轨副刚度的两种方法，及本文采用的研究方案，然后重点介绍的以有限元法为基础的ANSYS软件仿真，分析比较影响静刚度的因素。接着介绍了国内导轨副试验台的研发情况，并着重介绍了南京理工大学自主研制的SCS3009型滚动直线导轨副静刚度试验台的机械结构、测控软件以及其测量方法，并通过试验机实验与仿真结果的比对，验证了仿真的合理性。最后通过实验提出了对SCS3009型滚动直线导轨副静刚度试验台的改进方案。综上，本文可总结为：
（1） 绪论部分主要就滚动直线导轨副的发展，静刚度的理论研究和试验研究概况以及论文的主要研究内容三个方面作了阐述。
（2） 对滚动直线导轨副运用有限元法做了参数化建模，主要就曲率比，初始接触角，滚珠直径，滚珠材料四个影响因素，运用ANSYS软件对导轨副垂直静刚度的影响进行了有限元分析，研究了各因素影响规律，并提出对导轨副静刚度性能的改善建议。
（3） 总结了国内直线导轨副试验台发展情况，详细介绍了南京理工大学SCS3009型滚动直线导轨副静刚度试验台的机械结构、测控软件和测量方法。
（4） 对HJG-DA30CL和LGR45AN导轨副进行了试验，并与仿真结果进行比较，验证了软件仿真时对模型结构简化，边界条件设定的合理性，证明了仿真结果的可信度。