滚动直线导轨副可靠性试验台设计开发与试验研究

滚动直线导轨副可靠性试验台设计开发与试验研究

马川川   ,2.袁瑞峰

咸阳丰宁机械有限公司  陕西 咸阳  712000

摘要：滚动直线导轨副在平面磨床、高速搬送装置、木工机、检查装置、医疗器械等设备中得到了广泛的应用，其具有众多的特点，维护保养简单，提高设备的生产效率，成本较低。滚动直线导轨副的可靠性是设计制造出来的，但是必须通过实验才能验证。通过可靠性试验，能够发现滚动直线导轨副在设计以及生产过程中的缺陷，通过分析可靠性实验得出的数据结果，能够为其可靠性设计工作提供一定的支持。

关键词：滚动直线导轨副；可靠性试验台；设计开发；试验研究

引言：

滚动直线导轨副可靠性实验过程中依然存在诸多问题，本文着重介绍的可靠性实验台的设计以及可靠性实验的两种方案，对两种方案进行了简单的介绍和对比，以期为滚动直线导轨副可靠性实验提供些许支持。

一、滚动直线导轨副可靠性试验台设计开发

目前，我国还未完善针对滚动直线导轨副进行功能可靠性实验的实验设备，因为这一原因，制约着滚动直线导轨副产品的稳定发展，而且也不能够满足高档数控机床的实际需求，使我国基础装备制造业受到了一定的影响。为此，必须要通过改进试验设计以及工艺技术，切实提升滚动直线导轨副的质量。因此，需要研发设计出对滚动直线导轨副进行功能可靠性试验的试验台，进而解决行业发展遇到的瓶颈，使产业自主创新能力更上一层楼，切实解决滚动直线导轨副在批量生产中可靠性工程问题，以满足高档数控机床的需求。

（1）滚动直线导轨副可靠性试验台设计方案一

滚动直线导轨副可靠性试验台主要由床身、台架、加载系统、直线电机导向导轨副等组成。可以将床身固定在地面上，在床身的凹槽内安装直线电机定子，将直线电机定子放置于电机定子之间并使其与台架相连，在床身两侧对称安装两幅导向导轨，并与直线机电相互配合驱动加载装置做直线往返运动，然后被测滚动直线导轨副与加载装置一起做跑合运动。[1]

驱动跑合系统由定子、直线导轨动子、台架等组成，将直线电机定子固定在床身凹槽内，然后通过工装与导向导轨副与台架相连，通过定子与直线电机动子之间的运动，使滚动直线导轨副可靠性实验台的驱动跑合功能得以实现。加载系统包括行星减速器、交流伺服电机、固定座、固定螺母、推力滚子轴承、压力传感器、导向键、导向筒等。在台架上方竖直固定行星减速器和交流伺服电机，梯形丝杠通过减速器与联轴器输出轴相连，梯形丝杠及螺母、压力传感器、连接套等通过导向平键与套筒连接，通过梯形螺母与梯形丝杠的相对运动将力作用于碟簧组，再进一步作用于被测滚动直线导轨副滑块上实现对导轨副的加载。然后通过电机和减速器对梯形丝杠提供扭矩，再由梯形丝杠螺母挤压碟形弹簧对被测滚动直线导轨副滑块提供负载载荷，因为梯形丝杠有自锁功能，所以碟形弹簧对被测导轨副滑块提供应力条件。

从试验台的性能、经济性功能、维修性保障性综合来考虑，方案已存在以下不足之处：第一，由于是竖直加载，所以在要求方面，对直线电机定子和动子都比较高，甚至会产生损坏直线电机的损失。第二，直线电机相对成本较高，能够满足功能参数需求的直线电机有时会超过滚动直线导轨副可靠性试验台原本的预算。第三，直线电机在工作时极易振动，且动态刚性不高，起不到缓冲作用，在高速运动过程中极易引起试验台其余部分振动，这也是致命的缺陷。第四，直线电机对床身的精度性能参数要求非常高，对试验台的维修和维护要求也很严格，这也增加了试验台的成本。

（2）滚动直线导轨副可靠性试验台设计方案二

方案二中，滚动直线导轨副可靠性试验台包括上床身、加载装置、交流伺服电机、行星减速器、下床身等结构，在下床身上安装加载装置和驱动跑合，被测直线导轨副以及驱动跑合用的齿条等也要固定安装在上床身上，然后与其一起安装在下床身上。此试验台则采用的是两根滚动直线导轨副水平对向加载的方式，通过机械加载，在龙门两侧安装加载装置。[2]在龙门凹槽内安装驱动跑合装置，通过行星减速器和交流伺服电机使得直线导轨副可靠性试验台的驱动跑合功能得以实现，从而显示出试验台的经济性、简洁性和完整性。

与方案一比较，方案二有其特有的优点：第一，采用水平加载方式，能够有效地解决两边加载力不同的情况，并且抵消大负荷对龙门的变形。第二，上床身和下床身分离的形式使试验台装配和生产制造的难度降低，一定程度上节省了材料。第三，加载工装和导轨转接板的设计能够满足试验对象的多样化，使更换对象更加方便，也实现了试验台完整性功能。因此，两个方案在比较之下，方案二的可行性更高一些。

二、滚动直线导轨副可靠性试验研究

使用环境对滚动直线导轨副的可靠性影响很大，不同的环境条件会出现不一样的量值，因此，必须在真实环境下或者模拟的较为真实的环境下进行试验，这样才能够得到准确的数据，进而对其可靠性做出客观正确的判断和评估。目前，对于直线导轨副，可靠性事业的研究和理论还很稀少，并且缺少标准体系和理论体系，就整体装备制造业而言，在进行可靠性试验中仍然有诸多问题。可靠性试验方案中也缺少相关参数选取中的标准，所以，在故障处理以及故障判定中其准则与实际不太相符，不能够明确界定故障的接收和拒收。

[3]确保导轨副可靠性试验拥有较高的可信度，提高其可靠性水平，必须在可靠性试验实施过程中提出标准的、严格的、系统的试验要求，制定可行性程序，编制事业方案以及保证质量的技术文件，并且在试验结束后得出详细的实验报告。

对导轨副进行功能可靠性试验，能够发现其设计缺陷，能够发现产生故障的规律和故障模式以及失效机理，能够得到验证指标，验证导轨副的可靠性能否达到加工和设计指标，并且能够通过提供信息，使任务成功率得到提高，节约保障费用和维修时间，在一定程度上能够提高国产滚动直线导轨副相关产品的自主创新能力，解决其批量生产出现的可靠性工程问题，满足高档数控机床的要求。

滚动直线导轨副的可靠性包括，规定的时间、规定的条件和规定的功能，因此，必须着重考虑试验条件、故障判定、和统计试验方案这三个因素。导轨副可靠性试验原理：在模拟导轨副正常工作条件和工作环境下，将副导轨的受力状态以及工序要求依照相应的次序和时间施加到被测滚动直线导轨副上，在试验过程中，分析和统计出导轨副出现的故障时间、现象、影响和处理措施，并通过分析故障数据以及试验信息，得出产生故障的原因和机理，针对故障机理以及可靠性指标评估分析出导轨副可靠性的相关改进设计，进一步提高滚动直线导轨副的可靠性。[4]

针对滚动直线导轨副的功能可靠性试验可分为滚动直线导轨副功能可靠性符合性实验和功能可靠性测定实验，按照国家相关要求，每次试验都要制定可行性方案和计划，其主要包括事业的目的、受试产品的描述、试验设计和试验的环境条件以及故障判定等方面的要求。在进行可靠性试验时，一般情况下要按照实施结构图的流程和步骤来操作，能够提高试验的效率，更加有效地促进可靠性试验的研究。

三、结束语

滚动直线导轨副的试验台在设计过程中，要对关键零件进行设计校核，以便满足强度和功能的要求，使试验台发挥其优势。滚动直线导轨副可靠性试验中要对其试验条件进行分析和研究，并且确定试验剖面，制定出故障判断标准和试验方案，为可靠性试验操作规范提供依据。

参考文献：

[1]石田俊雄,韩军,冯虎田,欧屹.滚动直线导轨副可靠性试验台测控系统设计[J].机械制造与自动化,2016,45(02):184-187.

[2]李坤.滚动直线导轨副用钳制器试验台设计及试验研究[D].南京理工大学,2016.

[3]姬中晴,欧屹,梁医,徐阳.滚动直线导轨副可靠性试验及方法研究[J].组合机床与自动化加工技术,2015(09):34-37.

[4]孙震.滚动直线导轨副可靠性试验台设计开发与试验研究[D].南京理工大学,2014.

作者：马川川，男，机械设计工程师，1997.10，主要从事直线导轨产品的设计、开发、生产制造等相关工作，

作者：袁瑞锋，男，售前/售后工程师，1983.10，主要从事直线导轨售前、售后技术支持工作，陕西洛川县，