直线导轨副用钳制器可靠性建模、分析与试验文献综述

文 献 综 述

1. 选题背景

机床行业是装备制造业的母机，对国家的经济建设和国防安全都有着极其重要的战略意义。作为先进制造技术的重要核心，数控技术的发展与工业战略地位以及综合国力水平息息相关，数控机床已经成为世界各国大力发展的重要产品。随着数控机床和精密加工的发展，对机床导向系统的要求越来越高，这是决定机床加工精度、工作效率和使用寿命的重要因素之一^[1]。滚动直线导轨副作为导向系统具有运动平稳、磨损小、承载能力强以及重复定位精度高等优点^[2]。同样，作为工艺装备厂生产的机床功能部件，由于直线滚动导轨使用淬硬的导轨和预紧(无间隙)的滚珠或滚柱滑块作为接触副,所以具有摩擦系数小、承载能力大、刚性好、使用寿命长的特点,可达到很高的进给速度和定位精度^[3]。但是滚动导轨副因为其滚动接触面是点或线，与传统的平面滑动导轨的面面接触相比较，减振性能要相对差一些^[4]。Ohta H, Tanaka K等人通过研究得出：当滚动直线导轨副的滚珠或滚柱为45度时，直线导轨副在四个面上具有等载荷的特点。实际的生产过程中，为了保证导轨副的运动精度，常常预加一定的载荷。在多数情况下，认为导轨副的刚性成线性^[5]。对滚动导向系统增加预载荷的方法虽然能稍微改进其刚度性能，然而实际试验表明对改善减振性能效果不明显。实验表明，有效的减振方法可通过附加减振元件的方法来实现。在现代的机器中广泛使用着制动装置，而且制动装置是不可缺少的安全装置。滚动直线导轨作为机床上普遍应用的功能部件，其制动功能亟需解决。但是目前人们对钳制器的认识还不够深入、全面，针对实际生产生活的需求，开展对滚动直线导轨副用钳制器的可靠性试验研究就显得非常有必要，这不仅可以促进滚动直线导轨副用钳制器的产业化及大范围应用，而且能大大推动我国在高档滚动功能部件配套产品的技术进步，进一步提升我国的工业制造能力。

1. 相关研究

1.滚动直线导轨副用钳制器研究现状

国际上德国和日本对于导轨钳制器的研究比较早，比较透彻,有日本的 ASAHI，德国的 ZIMMER 与日本的 NBK 共同研发的产品。日本ASAHI（旭精工）公司的产品主要为RB系列。主要是通过楔形块提供强大的保持力来达到锁死，进而实现钳制和制动的目的，结构简单可靠，运行方便。而根据钳制器的工作传力状态，滚动直线导轨副用钳制器又可分为常开式和常闭式。常开式钳制器，未供应空压或油压时，其钳制结构呈开放状态，即常时开的导轨钳制器因空压或油压的供给后，才对直线导轨的导轨部分进行钳制动作，这种钳制器的制动力可以根据要求来调节，制动平稳。

国内有关滚动直线导轨副制动装置的研究相对国外起步较晚。随着生产生活的需求，在进行滚动直线导轨副研究的同时，国内也逐渐意识到了导轨钳制器的重要性，并且开始了直线导轨副用钳制器的相关研究。天津中德职业技术学院的李国华和河北工业大学的张恒研制了一种用于直线滚珠导轨上的液压制动器^[6]。齐齐哈尔二机床(集团)有限责任公司设计院的宋大娇、杨晓东设计了一种新型实用的导轨制动锁紧机构，该机构安装方便，补偿调整方便^[7]。济南德佳机器有限公司刘啸龙申请的实用新型专利^[8]以及广东佛山市周华标申请的新型实用专利^[9]都对滚动直线导轨副用锁紧装置进行了研究。

2.滚动直线导轨副用钳制器可靠性试验研究现状

可靠性是产品质量的一个特性，是指产品保持其性能指标的能力^[10]。产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力或概率^[11]。

可靠性试验既是检验产品可靠性水平的重要手段，也是发现产品可靠性问题的重要手段我国自20世纪80年代以来，可靠性试验技术逐步得到推广和应用，到20世纪90年代形成了一套相应的可靠性试验技术标准，可靠性验收方法逐步得到完善和规范，包括环境应力筛选、可靠性增长试验、可靠性鉴定和可靠性验收试验^[12]。

其中可靠性验收试验是度量和验证产品的可靠性是否达到规范要求，并给出可靠性验证值。因试验的最终目的和安排的阶段不同，可靠性验证试验通常包括可靠性鉴定试验和可靠性验收试验^[13]。

针对滚动直线导轨副用钳制器的可靠性试验及评估方法较少。参考滚动直线导轨副其他类型产品的可靠性研究。屠国俊对滚动直线导轨副可靠性工程试验与分析方法进行了研究。提出了基于步进加载的重载滚动直线导轨副可靠性试验方法，进行了可靠性工程试验，并对精度和摩擦力变化情况、失效情况以及疲劳寿命进行了分析研究；提出了高速精密滚动直线导轨副可靠性试验方法并进行了试验，对其精度、摩擦力变化情况以及滚动直线导轨副寿命进行了分析研究^[14]。