从基础着手,提升滚柱直线导轨副的性能与功能

作者:曹鹏杰  冯键文 点击数:6 发布时间:2019-09-05
该课题的目标是,研制开发用于扩展直线导轨副功能的附件,包括阻尼器、钳制器、自润滑器和保持链等,形成批量生产,实现滚柱直线导轨的自润滑、静音、阻尼和钳制等功能,提升滚柱直线导轨的品质,满足高档数控机床对高性能滚柱直线导轨的应用要求。
从基础着手,提升滚柱直线导轨副的性能与功能

依据“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项(以下简称“04专项”)2013年度课题申报指南中的第42条,即开发滚动功能部件的高性能零部件并实现配套应用,广东高新凯特精密机械股份有限公司(以下简称“高新凯特”)于2013年申报了“高性能直线导轨副阻尼器、钳制器、自润滑器的研发与产业化”课题,并获得批准开始实施此课题。该课题的目标是,研制开发用于扩展直线导轨副功能的附件,包括阻尼器、钳制器、自润滑器和保持链等,形成批量生产,实现滚柱直线导轨的自润滑、静音、阻尼和钳制等功能,提升滚柱直线导轨的品质,满足高档数控机床对高性能滚柱直线导轨的应用要求。目前该课题已进入验收准备阶段。

关键技术难点

针对课题目标,高新凯特需要解决如下关键技术难点:

1. 钳制器的钳制力及反应时间,这是钳制器的核心。为了从设计上保证钳制器的钳制力达到甚至超过进口产品的水平,需要对楔形块曲线进行优化设计,这也是开发气动钳制器需要创新之处。对液压钳制器而言,既要实现巨大的钳制力,还要兼顾快速的反应时间,因而对内部的施力机构和回复机构提出了很高的要求,这是开发液压钳制器的技术难点。此外,对钳制器反应时间及钳制力进行测量,也是研究的难点。

2. 阻尼器的难点在于油膜间隙精度及抗振性。为了保证阻尼器与直线导轨之间的油膜间隙,对阻尼器内沟槽的加工精度提出了很高的要求。为了达到减振目的,需要对阻尼器的耐磨自润滑复合材料及其结构设计进行研究。此外,对阻尼器减振性能的试验测试,也是一大难点。

3. 自润滑器的攻关难点在于自润滑材料的研制,要求所研制的含油材料要具有吸油性,能够在运动摩擦时释放润滑油,同时还要耐磨。

4. 建立专业的直线导轨副性能测试平台,用于检测直线导轨副及阻尼器、钳制器、自润滑器和保持器等附件的各项性能指标和可靠性。

课题研发成果

针对上述技术难点,高新凯特组织专业力量,持续4年进行攻关,目前已完成课题要求的全部产品及试验台的研制工作。

1. 钳制器

钳制器分气动、液压、常开和常闭共4种结构、性能组合的产品类型。高新凯特在此4种类型基础上,衍生研制出了16个品种的系列产品,并投入批量生产。利用本课题研制的试验台,还对这些产品的保持力、刚性、反应时间、发尘量和寿命等指标进行了测试。目前这些钳制器正在参与本课题的主机厂的主机上进行应用验证。


空压常开型钳制器 

空压常闭型钳制器


液压常开型钳制器                     


液压常闭型钳制器

2. 阻尼器

阻尼器研制的关键在于内部复合材料的成型,同时要确保获得高精度的形状公差。通过技术攻关,高新凯特现已研制出4种规格的阻尼器并投入批量生产。利用阻尼器振动试验台,对35、45、55和65这4种规格的阻尼器进行的测试表明,抗振性能满足设计要求。目前,这些阻尼器正在参与本课题的主机厂的主机上进行应用验证。


DS阻尼器

3. 自润滑器

自润滑器研制的关键在于自润滑材料的选择。通过对自润滑材料的研究,高新凯特研制出了适用于LGR35、LGR45、LGR55和LGR65系列滚柱直线导轨副的自润滑器。在自润滑耐久试验台上进行的轻载荷和重载荷寿命试验表明,这些自润滑器完全满足了设计要求,目前正在参与本课题的主机厂的主机上进行应用验证。


LGR自润滑器   


装上自润滑器的滑块

4. 保持器

根据课题要求,高新凯特主要完成了LGS35规格保持器的研制。利用本课题研制的噪声机对该保持器的降噪性能进行测试,结果表明,降噪性能满足了课题要求,配套该保持器的直线导轨副,其噪声降低了2dB,低于76dB。


LGS35保持器

5. 试验装置

按照课题合同书的要求,高新凯特还研制出了11台检测试验装置,并投入使用,从而为产品的开发提供了试验验证数据。这11台检测试验装置包括:钳制器几何尺寸精度影像测量仪、阻尼器几何尺寸精度检测装置、自润滑耐久试验台、钳制器保持力和刚性试验台、钳制器制动性能测量装置、噪声测量平台、阻尼器减振性能试验平台、油膜厚度测量装置、钳制器发尘量测试装置、新型直线电机驱动的滚动功能部件动力学性能综合测试平台、阻尼器可靠性试验台,以及钳制器寿命和可靠性试验台。

应用情况

目前,高新凯特研制的钳制器、阻尼器产品,已在几家主机厂得到了试用。比如,河南新乡日升公司将高新凯特的阻尼器用在该公司的数控球面镗床上,用于加工外球面轴承座。在断续镗削加工过程中,机床的直线导轨副配高新凯特的阻尼器,有效减小了加工时刀具产生的自激振动幅值,从而提高了表面质量,降低了刀具损耗,最终提升了所加工产品的尺寸稳定性,用户也因此而获得了较为明显的经济效益。


高新凯特的阻尼器为客户所采纳                   


用户工厂中使用的日升数控球面镗床配备了高新凯特的阻尼器

此外,在玻璃加工行业中,将高新凯特的气压常开钳制器安装在玻璃高速智能双边机上,不仅有效地解决了因机器调宽机构刚性不足而引起的玻璃加工表面有振纹问题,而且加工速度提高了2倍以上。


配备高新凯特气压常开钳制器的玻璃高速智能双边机


未装钳制器(左))与装有钳制器(又)的设备加工的玻璃表面效果对比

科研硬件条件得到改善

通过实施“高性能直线导轨副阻尼器、钳制器、自润滑器的研发与产业化”课题,高新凯特扩展了直线导轨副的功能和应用范围。该课题围绕直线导轨副及其高性能附件,开展了持续的性能检测研究,配套了相关的检测设备,并在此基础上建立了专用的直线导轨副测试试验车间,从而极大地改善了公司的科研硬件条件。


直线导轨副测试试验车间

人才得到了培养和锻炼

通过课题的实施,高新凯特培养、锻炼了公司的技术人才。由于研发的产品品种和规格较多,其中涉及结构力学分析、材料、工艺、检测和试验验证等多个方面的技术难点,因而对研发人员提出了很高的要求。在课题实施过程中,高新凯特加强与合作高校的互动,持续地提高技术人员的理论素养,与此同时,邀请专家开展技术交流,对关键技术进行把关,从而增强了技术人员的专业技能和创新力,最终攻克了许多技术难点,研制出一批具有自主知识产权的新产品、新装置及新工艺。


高新凯特在机床展上大力宣传推广新产品

总之,自2009年以来,在04专项的支持下,国内滚动功能部件行业取得了长足进步。就直线导轨副产业而言,通过加强共性技术的研究,为今后的发展奠定了良好的理论基础。

高新凯特承担的“高性能直线导轨副阻尼器、钳制器、自润滑器的研发与产业化”课题,是对之前相关的直线导轨项目的延伸和提高。通过对直线导轨副所使用的高性能附件进行研究开发,弥补了直线导轨副在某些领域的应用短板,极大地扩展了直线导轨副的应用范围,填补了国内此类产品的空白,提升了整个滚动功能部件行业的技术水准和产品档次。