摘要：從導(dǎo)軌、滑塊的關(guān)鍵精度著手，對(duì)滾珠直線導(dǎo)軌副產(chǎn)品進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化研究，最終確定關(guān)鍵工序的加工方法、精度保證手段和檢測(cè)方法。優(yōu)化后的互換性產(chǎn)品的關(guān)鍵精度、預(yù)緊力均可滿足要求。

隨著滾珠直線導(dǎo)軌副產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，互換性產(chǎn)品市場(chǎng)需求量愈來(lái)愈大。滾珠直線導(dǎo)軌副互換性產(chǎn)品的關(guān)鍵精度、制造工藝技術(shù)優(yōu)化研究及試驗(yàn)迫在眉睫。特以長(zhǎng)930mm的LBA25滾珠直線導(dǎo)軌副為例，詮釋互換性技術(shù)優(yōu)化研究，以便為互換性產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)積累經(jīng)驗(yàn)。

1. 關(guān)鍵精度

非互換性產(chǎn)品保證產(chǎn)品不同的預(yù)緊力最為關(guān)鍵，常規(guī)做法是依據(jù)導(dǎo)軌、滑塊不同的節(jié)距，裝配時(shí)更換不同規(guī)值大小的鋼球來(lái)實(shí)現(xiàn)?；Q性產(chǎn)品精度分為P、H和N級(jí)，預(yù)緊力為V0～V2。保證導(dǎo)軌、滑塊互換是核心，一旦選定鋼球規(guī)值，是不允許更換鋼球直徑大小的，故須嚴(yán)格控制導(dǎo)軌和滑塊的節(jié)距、滾道兩邊等高以及偏差方向一致性。又因圓弧滾道截面形狀與滾道接觸點(diǎn)位置一致性對(duì)互換性產(chǎn)品預(yù)緊力影響極大，且導(dǎo)軌、滑塊成形金剛石滾輪制造精度非常重要，特將導(dǎo)軌、滑塊金剛石滾輪滾道輪廓關(guān)鍵精度與溝槽中心距公差均收緊至±0.002mm，且選進(jìn)口金剛石滾輪來(lái)保證。

2. 導(dǎo)軌制造工藝

互換性導(dǎo)軌成品精度保證措施為：選進(jìn)口意大利法力圖CNC―6000高精度導(dǎo)軌磨床（見(jiàn)圖1）、進(jìn)口專(zhuān)用電永磁力夾具、滾輪滾道輪廓精度與溝槽中心距公差提高至±0.002mm的進(jìn)口金剛石滾輪；用一套砂輪修整器完成左、右立式磨頭上所安裝的砂輪修整（見(jiàn)圖2）；關(guān)鍵工序用成形磨方法；機(jī)床具有三軸聯(lián)動(dòng)功能，在一次裝夾中完成導(dǎo)軌A基準(zhǔn)面、兩側(cè)面滾道成形磨（見(jiàn)圖3）。

圖1 意大利法力圖CNC―6000高精度導(dǎo)軌磨床

加工方法的優(yōu)點(diǎn)為：首先，保證導(dǎo)軌兩側(cè)滾道工作面輪廓位置精度一致性；其次，保證導(dǎo)軌兩側(cè)滾道等高0.003mm超高的尺寸精度；再次，臥式磨頭加工導(dǎo)軌安裝基準(zhǔn)面，使?jié)L道對(duì)導(dǎo)軌安裝底面的尺寸精度與位置精度得以保證；最后，保證設(shè)計(jì)、工藝和測(cè)量基準(zhǔn)相統(tǒng)一，減少裝夾、定位誤差，磨出高精度產(chǎn)品。

圖2 左、右立式磨頭砂輪修整器簡(jiǎn)圖

圖3 LBA25滾珠直線導(dǎo)軌三軸聯(lián)動(dòng)成形磨削原理簡(jiǎn)圖

1.進(jìn)口電永磁力夾具 2.左立式磨頭砂輪3.LBA25導(dǎo)軌 4.臥式磨頭砂輪5.右立式磨頭砂輪 6.導(dǎo)軌磨床工作臺(tái)

機(jī)床精度：左立式、右立式和臥式磨頭進(jìn)行成形磨時(shí)，滾道及各安裝基準(zhǔn)面一次磨成形，磨后尺寸精度可達(dá)到0.003mm；同一截面內(nèi)同一尺寸一致性為0.003mm；各滾道的尺寸及位置公差為±0.005mm；表面粗糙度值Ra=0.4μm。

通過(guò)優(yōu)化導(dǎo)軌制造工藝，最重要的是實(shí)現(xiàn)以導(dǎo)軌為基準(zhǔn)的滑塊互換，以滿足用戶(hù)更換滑塊的要求。導(dǎo)軌優(yōu)化前、后對(duì)比如圖4所示。

3. 滑塊制造工藝

互換性滑塊成品精度保證措施：選進(jìn)口意大利高精度全閉環(huán)數(shù)控滑座磨床；進(jìn)口專(zhuān)用電永磁力夾具，依次裝夾14件工件；滾輪滾道輪廓精度與溝槽中心距公差提高至±0.002mm的進(jìn)口金剛石滾輪；左、右砂輪修整器完成其磨頭上安裝的砂輪修整；基于左、右兩端等高磨頭，利用左、右磨頭前、后相位之差，實(shí)現(xiàn)差動(dòng)磨；關(guān)鍵工序用成形磨方法加工，實(shí)現(xiàn)一次裝夾多件成形磨加工。

加工方法的優(yōu)點(diǎn)為：設(shè)計(jì)、工藝和測(cè)量基準(zhǔn)相統(tǒng)一，減少裝夾誤差、定位誤差，磨出高精度產(chǎn)品。

機(jī)床精度：左立式、右立式磨頭進(jìn)行成形磨時(shí)，滾道及各安裝基準(zhǔn)面一次磨成形，磨后尺寸精度可達(dá)到0.003mm；同一截面內(nèi)同一尺寸一致性為0.003mm；各滾道的尺寸及位置公差為±0.005mm；表面粗糙度值Ra=0.4μm。

不僅如此，還對(duì)滑塊的加工工藝流程、毛坯、加工余量和尺寸精度進(jìn)行了優(yōu)化。

若采用熱軋毛坯，則工序?yàn)椋合铝稀稹夾、C面（見(jiàn)圖5）→銑B、D面→刨標(biāo)記槽→銑凹槽→粗磨A、C面→粗磨B、D面→精銑凹槽→精銑圓弧溝槽→銑頂面凹槽→刨臺(tái)階及斜面→鋸斷→滲碳→銑長(zhǎng)度兩面→銑圓弧面→倒外角→倒內(nèi)角→半精磨A、C面→半精磨B面→鉆兩端面孔→鉆安裝孔→螺紋孔口倒角→攻螺紋→淬火→噴砂→磷化→精磨長(zhǎng)度兩面→精磨A、C面→精磨B、D面→成形磨圓弧溝槽→退磁、清洗→檢測(cè)→作標(biāo)記。共34道工序。

若采用冷拉毛坯，則工序?yàn)椋合铝稀婵照稹鷿B碳→半精磨A、C面→半精磨B、D面→鉆兩端面孔→鉆安裝孔→螺紋孔口倒角→攻螺紋→淬火→噴砂→磷化→以銑代磨長(zhǎng)度兩面→精磨A、C面→精磨B、D面→成形磨圓弧溝槽→退磁、清洗→檢測(cè)→作標(biāo)記。共19道工序。

熱軋毛坯余量大，加工部位多。用冷拉成形技術(shù)后，零件成形率高，加工部位、余量大大減少，金屬利用率大幅提高。尤其是選用真空正火熱處理技術(shù)，變形量大約為0.03～0.06mm，無(wú)氧化皮，為后序加工出高精度滑塊奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?；瑝K毛坯優(yōu)化前、后對(duì)比如圖5所示。

用冷拉毛坯，加工工序減少15道，成本降低，生產(chǎn)周期縮短。最重要的是實(shí)現(xiàn)了以滑塊為基準(zhǔn)的導(dǎo)軌互換，以滿足用戶(hù)更換導(dǎo)軌的要求。滑塊優(yōu)化前、后對(duì)比如圖6所示。

圖4 導(dǎo)軌優(yōu)化前、后對(duì)比

4. 檢測(cè)方法

導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，溝槽中心距（B±0.003）mm、左右兩側(cè)溝槽等高（H1±0.003）mm一致性、平行度0.005mm以及垂直度0.003mm各項(xiàng)精度由機(jī)床保證；溝槽中心距（P±0.003）mm精度由進(jìn)口金剛石滾輪保證。涉及精度影響因素較少，檢測(cè)相對(duì)容易。這樣以來(lái)，就可委托檢測(cè)儀供應(yīng)商MARPOSS公司，在原進(jìn)口意大利MARPOSS-CNC高精度滾動(dòng)直線導(dǎo)軌精度檢測(cè)儀基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，即可完成LBA25滾珠直線導(dǎo)軌的精度自動(dòng)檢測(cè)（見(jiàn)圖7）。

然而滑塊截面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，溝槽中心距（W1±0.003）mm、左右兩側(cè)溝槽等高（H1±0.003）mm一致性、平行度0.005mm以及垂直度0.003mm各項(xiàng)精度由機(jī)床保證；溝槽中心距（P±0.003）mm精度由進(jìn)口金剛石滾輪保證。且尺寸多、影響精度因素多，檢測(cè)難度大。常規(guī)情況下，首先，滑塊的精度包括：滾道對(duì)安裝基準(zhǔn)面（兩個(gè)）的平行度及位置度，滾道之間的位置度及平行度；其次，滑塊的精度測(cè)量屬于多要素、相互關(guān)聯(lián)的測(cè)量，測(cè)量項(xiàng)目達(dá)10多項(xiàng)；再次，用傳統(tǒng)的手工檢測(cè)，準(zhǔn)確性低，檢測(cè)技能要求高，精度低、誤差大，測(cè)量環(huán)境苛刻，不能準(zhǔn)確反映滑塊精度的真實(shí)值，是制約產(chǎn)品一致性及提高生產(chǎn)效率的瓶頸。在迫不得已的情況下，與檢測(cè)儀制造商聯(lián)合開(kāi)發(fā)專(zhuān)用精密數(shù)控滾珠滑塊溝槽精度檢測(cè)裝置（見(jiàn)圖8），即可完成LBA25滾珠滑塊的精度自動(dòng)檢測(cè)。該裝置的最大特點(diǎn)是：對(duì)被測(cè)要素與測(cè)量基準(zhǔn)面之間的位置關(guān)系進(jìn)行線性檢測(cè)，加上不同界面檢測(cè)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算處理，形成全面的精度數(shù)據(jù)，不但可以提高產(chǎn)品精度，也可以提高滑塊的一致性控制，提高生產(chǎn)效率。精度準(zhǔn)確性可達(dá)到0.001 1mm之內(nèi)。檢測(cè)效率提高了10倍以上。

5. 試驗(yàn)設(shè)備及要求

試驗(yàn)設(shè)備采用直線導(dǎo)軌副專(zhuān)用檢測(cè)平板，精度為0級(jí)，包括彈簧式拉力計(jì)、測(cè)量表座及指示器（分辨率：2μm/格）。

檢測(cè)類(lèi)型為生產(chǎn)型檢測(cè)，環(huán)境溫度17～23℃，濕度≤70%。

圖5 滑塊毛坯優(yōu)化前、后對(duì)比

圖6 滑塊優(yōu)化前、后對(duì)比

產(chǎn)品為大連機(jī)床集團(tuán)有限責(zé)任公司T D500A鉆、攻加工中心機(jī)床（見(jiàn)圖9）。導(dǎo)軌副型號(hào)：LBA25―930FFL2―4V2（X軸）；數(shù)量：10副，導(dǎo)軌形式、規(guī)格：LBA 25；滾動(dòng)體形式：鋼球型；滑塊形式：加長(zhǎng)法蘭型；預(yù)緊力：V2（中載），精度：4級(jí)。精度按JB/T 7175.2－1993機(jī)床用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副驗(yàn)收技術(shù)條件檢驗(yàn)（見(jiàn)圖10），不檢測(cè)同組高度變動(dòng)量ΔH、同組寬度變動(dòng)量ΔW兩項(xiàng)精度。

圖7 LBA25導(dǎo)軌檢測(cè)儀

圖8 LBA25滑塊檢測(cè)裝置

圖9 TD500A鉆、攻加工中心機(jī)床

6. 檢測(cè)步驟及要求

（1）互換性直線導(dǎo)軌副裝配試驗(yàn)、檢測(cè)，在導(dǎo)軌裝配車(chē)間進(jìn)行，步驟如下：①先選出基準(zhǔn)導(dǎo)軌、基準(zhǔn)滑塊（節(jié)距尺寸為設(shè)計(jì)公差中間值的零件）。②根據(jù)V2預(yù)緊力要求，初裝基準(zhǔn)滑塊組件（未裝密封件），記下所配鋼球規(guī)值數(shù)值大小。③將基準(zhǔn)滑塊套在基準(zhǔn)導(dǎo)軌上，再緊固在測(cè)量平板上。④根據(jù)JB/T 7175.4―2006滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副第4部分：驗(yàn)收技術(shù)條件要求，檢測(cè)導(dǎo)軌副4項(xiàng)精度，不檢測(cè)同組高度變動(dòng)量ΔH、同組寬度變動(dòng)量ΔW兩項(xiàng)精度。⑤依照“LBA系列滾珠直線導(dǎo)軌副預(yù)緊力值”，用彈簧式拉力計(jì)測(cè)試基準(zhǔn)滑塊預(yù)緊力大小，記錄所配鋼球規(guī)值數(shù)值大小。⑥將基準(zhǔn)滑塊組件推至互換性導(dǎo)軌（9副）上，用彈簧式拉力計(jì)檢測(cè)預(yù)緊力變化（范圍0～5N）。⑦初裝互換性滑塊組件（19件），依次推至基準(zhǔn)導(dǎo)軌上，逐一檢測(cè)其預(yù)緊力變化（范圍0～5N）。⑧互換性滑塊組件隨機(jī)推上互換性導(dǎo)軌（每副導(dǎo)軌裝2件），逐一檢測(cè)預(yù)緊力變化（范圍0～5N）。⑨隨機(jī)抽取兩副互換性導(dǎo)軌副，緊固在專(zhuān)用平板上，按JB/ T 7175.4―2006滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副第4部分：驗(yàn)收技術(shù)條件要求，檢6項(xiàng)精度。

圖10 動(dòng)態(tài)精度檢測(cè)

（2）互換性導(dǎo)軌副裝在TD500A機(jī)床上，檢測(cè)水平、垂直兩個(gè)方向動(dòng)態(tài)精度。

7. 檢測(cè)數(shù)據(jù)

精度檢測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示。預(yù)緊力檢測(cè)數(shù)據(jù)如表2所示，其中預(yù)緊力變化范圍為0～5N。H-SY-04（Z）-J基準(zhǔn)滑塊在互換性導(dǎo)軌上預(yù)緊力檢測(cè)數(shù)據(jù)如表3所示，其中預(yù)緊力變化范圍為0～5N?；Q性滑塊在H-SY-03（G）-J基準(zhǔn)導(dǎo)軌上預(yù)緊力檢測(cè)數(shù)據(jù)如表4所示?；Q性滑塊在互換性導(dǎo)軌上（隨機(jī)組合）預(yù)緊力檢測(cè)數(shù)據(jù)如表5所示。任意2副互換性導(dǎo)軌副精度檢測(cè)數(shù)據(jù)如表6所示?；Q性導(dǎo)軌副裝在TD500A機(jī)床上的精度檢測(cè)數(shù)據(jù)如表7所示。

表1 精度檢測(cè)數(shù)據(jù)（單位：μm）

項(xiàng)目公差實(shí)測(cè)值C面對(duì)A面的平行度Δ117 6 D面對(duì)B面的平行度Δ217 9高度極限偏差H ±50－22寬度極限偏差W ±60 16

表2 預(yù)緊力檢測(cè)數(shù)據(jù)（單位：N）

基準(zhǔn)滑塊編號(hào)公差實(shí)測(cè)值H-SY-04（Z）-J 10～15 13

表3 H-SY-04（Z）-J基準(zhǔn)滑塊在互換性導(dǎo)軌上預(yù)緊力檢測(cè)記錄表（單位：N）

互換性導(dǎo)軌編號(hào)預(yù)緊力公差實(shí)測(cè)值H-SY-01（G）13 H-SY-02（G）14 H-SY-04（G）15 H-SY-05（G）12 H-SY-06（G）15 H-SY-07（G）15 H-SY-08（G）12 H-SY-09（G）12 H-SY-10（G）14 10～15

表4 互換性滑塊在H-SY-03（G）-J基準(zhǔn)導(dǎo)軌上預(yù)緊力檢測(cè)記錄表（單位：N）

互換性導(dǎo)軌編號(hào)預(yù)緊力公差實(shí)測(cè)值H-SY-01（Z）10～15 15 H-SY-02（Z）14 H-SY-03（Z）15 H-SY-05（Z）13 H-SY-06（Z）15 H-SY-07（Z）10 H-SY-08（Z）13 H-SY-09（Z）15 H-SY-10（Z）14 H-SY-11（Z）12 H-SY-12（Z）15 H-SY-13（Z）11 H-SY-15（Z）14 H-SY-16（Z）13 H-SY-17（Z）14 H-SY-18（Z）11 H-SY-19（Z）10 H-SY-20（Z）15

表5 互換性滑塊在互換性導(dǎo)軌上（隨機(jī)組合）預(yù)緊力檢測(cè)記錄表（單位：N）

互換性導(dǎo)軌編號(hào)預(yù)緊力公差實(shí)測(cè)值H-SY-03（G）-J H-SY-04（Z）-J互換性滑塊編號(hào)13 H-SY-05（Z）15 H-SY-01（G）H-SY-06（Z）15 H-SY-09（Z）14 H-SY-02（G）H-SY-02（Z）13 H-SY-07（Z）14 H-SY-04（G）H-SY-11（Z）15 H-SY-15（Z）12 H-SY-05（G）H-SY-01（Z）14 H-SY-08（Z）12 H-SY-06（G）H-SY-03（Z）11 H-SY-14（Z）14 H-SY-07（G）H-SY-17（Z）15 H-SY-12（Z）14 H-SY-08（G）H-SY-16（Z）12 H-SY-19（Z）13 H-SY-09（G）H-SY-13（Z）12 H-SY-20（Z）10 H-SY-10（G）H-SY-18（Z）14 H-SY-10（Z）10 10～15

表6 任意2副互換性導(dǎo)軌副精度檢測(cè)記錄表 （單位：N）

項(xiàng)目公差實(shí)測(cè)值導(dǎo)軌編號(hào)H-SY-06（G）17 9 6高度極限偏差H ±50 -20 -16同組高度變動(dòng)量ΔH 20 4 6寬度極限偏差W ±60 15 20同組寬度變動(dòng)量ΔW 25 9 12 17 6 8 D面對(duì)B面的平行度Δ2導(dǎo)軌編號(hào)H-SY-02（G）C面對(duì)A面的平行度Δ1

表7 互換性導(dǎo)軌副裝在TD500A機(jī)床上的精度檢測(cè)記錄表（單位：μm）

17 8 8 D面對(duì)B面的平行度Δ2項(xiàng)目公差實(shí)測(cè)值導(dǎo)軌編號(hào)H-SY-06（G）導(dǎo)軌編號(hào)H-SY-02（G）C面對(duì)A面的平行度Δ117 10 8

8. 優(yōu)缺點(diǎn)分析

由以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出：

（1）垂直、水平兩個(gè)方向直線度（產(chǎn)品動(dòng)態(tài)精度）全部達(dá)到3級(jí)，特別是垂直方向的直線度有60%達(dá)到了2級(jí)，高于4級(jí)精度。除了取決于機(jī)床精度外，最重要的是取決于機(jī)床三軸聯(lián)動(dòng)磨方式和滾輪的制造精度，徹底解決了導(dǎo)軌安裝基準(zhǔn)面與溝槽之間平行度難以保證的問(wèn)題。

（2）在互換性產(chǎn)品關(guān)鍵精度優(yōu)化中，收緊導(dǎo)軌、滑塊安裝基準(zhǔn)面到圓弧溝槽的高度極限尺寸（H±0.005）mm、滑塊側(cè)基準(zhǔn)面到圓弧溝槽寬度極限尺寸（W2±0.005）mm，既保證導(dǎo)軌副高度極限尺寸、寬度極限尺寸，又易于實(shí)現(xiàn)兩個(gè)滑塊的等高、等寬尺寸。

（3）互換性產(chǎn)品中的導(dǎo)軌和滑座加工誤差、預(yù)緊力難以控制在一定范圍內(nèi)，達(dá)不到“互換”要求。本次試驗(yàn)的10副互換性導(dǎo)軌副預(yù)緊力全部達(dá)標(biāo)，變化范圍均在0～5N，容易實(shí)現(xiàn)互換，驗(yàn)證了互換性產(chǎn)品關(guān)鍵精度、制造工藝的準(zhǔn)確性。

（4）手工檢測(cè)導(dǎo)軌、滑塊精度穩(wěn)定性不佳（寬度極限尺寸測(cè)量最為明顯），效率低，無(wú)法與高效自動(dòng)檢測(cè)媲美，難以滿足大批量生產(chǎn)，這都是亟待解決的問(wèn)題。

9. 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)直線導(dǎo)軌副進(jìn)行產(chǎn)品關(guān)鍵精度、制造工藝及檢測(cè)方法的優(yōu)化，經(jīng)TD500A鉆削中心配套的10副互換性導(dǎo)軌互換性試驗(yàn)，驗(yàn)證了直線導(dǎo)軌副互換性產(chǎn)品優(yōu)化的準(zhǔn)確性、合理性和可行性。裝配效率顯著提高，批量化生產(chǎn)獲得有力保證。

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（收稿日期：20170512）