(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202110000481.6
(22)申请日 2021.01.03
(71)申请人 清华大学
地址 100084 北京市海淀区清华园1号
(72)发明人 王冬　王立平　李学崑　张云　
(74)专利代理机构 北京清亦华知识产权代理事
务所(普通合伙) 11201
代理人 罗文
(51)Int.Cl.
B23Q  1/01(2006.01)
(54)发明名称一种用于双轨六滑块滚动导轨副的刚度设计方法(57)摘要本发明公开了一种用于双轨六滑块滚动导轨副的刚度设计方法，属于机床技术领域。本发明方法首先计算滚动导轨副的负载力矩；进一步推导各滑块的法向负载力与侧向负载力；计算滚动导轨副支撑末端的变形量；最后根据支撑末端变形量约束关系，完成双轨六滑块滚动导轨副的刚度设计。本发明方法充分考虑了系统载荷与支撑末端变形约束，克服了传统方法依赖经验、效率低下、不准确的问题，实现了对双轨六滑块滚动导轨副刚度的快速、准确设计，为现场工程技术人员提供了一种准确、便捷的设计方法。而且本发明方法具有流程化、规范化的优点，便于在
实际工程应用中快速推广。权利要求书2页  说明书6页  附图2页CN 112792579 A 2021.05.14
C N  112792579
A
1.一种用于双轨六滑块滚动导轨副的刚度设计方法，其特征在于该方法包括如下步骤：(1)计算滚动导轨副的负载力矩如下：
式中，M X 、M Y 和M Z 分别为笛卡尔坐标系O ‑XYZ下滚动导轨副绕OX、OY和OZ方向的负载力
矩，O为坐标系原点，F xk 、F yk 和F zk 分别为滚动导轨副所受到第k个沿OX、OY和OZ方向的力，
k的取值为正整数1、2、…，x yk 和z yk 分别为F yk 沿OX和OZ方向的坐标，x zk 和y zk 分别为F zk 沿OX和OY 方向的坐标，y xk 和z xk 分别为F xk 沿OY和OZ方向的坐标；
(2)利用下式，计算各滑块的法向负载力和侧向负载力如下：
式中，F r1和F s1分别为第一滑块的法向负载力和侧向负载力，F r2和F s2分别为第二滑块的法向负载力和侧向负载力，F r3和F s3分别为第三滑块的法向负载力和侧向负载力，F r4和F s4分别为第四滑块的法向和侧向负载力，F r5和F s5分别为第五滑块的法向负载力和侧向负载力，F r6和F s6分别为第六滑块的法向负载力和侧向负载力，L为导轨跨距，l为同侧两端滑块的间距；
(3)根据步骤(2)的计算结果，建立滚动导轨副支撑末端的变形量与滚动导轨副的法向刚度K r 和侧向刚度K s 之间的关系如下：
式中，δ为滚动导轨副支撑末端的变形量，δ
X 、δ
Y
和δ
Z
分别为滚动导轨副支撑末端沿OX、
OY和OZ方向的变形量，K
r 和K
s
分别为滚动导轨副的法向刚度和侧向刚度，X
d
、Y
oxd
和Z
d
分别为滚
动导轨副支撑末端沿OX、OY和OZ方向的坐标；
(4)根据步骤(3)中δ与K
r 、K
s
间的关系，绘制出不同K
r
和K
s
条件下的δ变化曲线，从变化曲
线中选择使δ满足如下约束关系的K
r 和K
s
：
δ≤δ
1
式中，δ
1为最大的支撑末端变形量，将满足上述约束关系的K
r
和K
s
作为滚动导轨副的法
向刚度K
r 和侧向刚度K
s
，从而完成双轨六滑块滚动导轨副的刚度设计。
一种用于双轨六滑块滚动导轨副的刚度设计方法技术领域
[0001]本发明属于机床技术领域，特别涉及一种用于双轨六滑块滚动导轨副的刚度设计方法。
背景技术
[0002]滚动导轨副用于支撑工作台完成高精度直线运动，是数控机床领域的重要基础功能部件，而双轨
六滑块滚动导轨副的每根导轨上均布三个滑块，是重载工况下应用广泛的一类滚动导轨副。刚度是滚动导轨副的核心参数，在使用滚动导轨副的过程中，需要合理设计刚度，在较低的成本条件下满足性能要求。在实际工程应用中，针对双轨六滑块滚动导轨副，如何进行合理的刚度设计成为亟待解决的关键问题。
[0003]传统滚动导轨副的刚度设计工作主要由工程师依据经验完成，过程反复、效率低下，同时为保障系统具有足够的刚性，往往设计较大的刚度参数，容易造成滚动导轨副的性能浪费，也提高了滚动导轨副的使用成本，而经验法也不能进行有效推广。
发明内容
[0004]本发明的目的是提出一种用于双轨六滑块滚动导轨副的刚度设计方法，针对已有技术中双轨六滑块滚动导轨副的刚度设计问题，充分考虑系统载荷和支撑末端变形约束，对双轨六滑块滚动导轨副进行刚度设计，便于在实际工程应用中快速推广。
[0005]本发明提出的用于双轨六滑块滚动导轨副的刚度设计方法，包括如下步骤：
[0006](1)计算滚动导轨副的负载力矩如下：
[0007]
[0008]
式中，M X 、M Y 和M Z 分别为笛卡尔坐标系O ‑XYZ下滚动导轨副绕OX、OY和OZ方向的负载
力矩，O为坐标系原点，F xk 、F yk 和F zk 分别为滚动导轨副所受到第k个沿OX、OY  和OZ方向的力，k的取值为正整数1、2、…，x yk 和z yk 分别为F yk 沿OX和OZ方向的坐标，x zk 和y zk 分别为F zk 沿OX和OY方向的坐标，y xk 和z xk 分别为F xk 沿OY和OZ方向的坐标；
[0009](2)利用下式，计算各滑块的法向负载力和侧向负载力如下：
[0010]
[0011]式中，F r1和F s1分别为第一滑块的法向负载力和侧向负载力，F r2和F s2分别为第二滑块的法向
负载力和侧向负载力，F r3和F s3分别为第三滑块的法向负载力和侧向负载力，F r4和F s4分别为第四滑块的法向和侧向负载力，F r5和F s5分别为第五滑块的法向负载力和侧向负载力，F r6和F s6分别为第六滑块的法向负载力和侧向负载力，L为导轨跨距，l为同侧两端滑块的间距；
[0012](3)根据步骤(2)的计算结果，建立滚动导轨副支撑末端的变形量与滚动导轨副的法向刚度K r 和侧向刚度K s 之间的关系如下：
[0013]
[0014]式中，δ为滚动导轨副支撑末端的变形量，δX 、δY 和δZ 分别为滚动导轨副支撑末端沿 OX、OY和OZ方向的变形量，K r 和K s 分别为滚动导轨副的法向刚度和侧向刚度，X d 、Y d 和Z d 分别为滚动导轨副支撑末端沿OX、OY和OZ方向的坐标；
[0015](4)根据步骤(3)中δ与K r 、K s 间的关系，绘制出不同K r 和K s 条件下的δ变化曲线，从变化曲线中选择使δ满足如下约束关系的K r 和K s ：
[0016]δ≤δ1
[0017]式中，δ1为最大的支撑末端变形量，
将满足上述约束关系的K r 和K s 作为滚动导轨副的法向刚度K r 和侧向刚度K s ，从而完成双轨六滑块滚动导轨副的刚度设计。
[0018]本发明提出的一种用于双轨六滑块滚动导轨副的刚度设计方法，其优点是：
[0019]本发明的一种用于双轨六滑块滚动导轨副的刚度设计方法，充分考虑了系统载荷与支撑末端变形约束，克服了传统方法依赖经验、效率低下、不准确的问题，实现了对双轨六滑块滚动导轨副刚度的快速、准确设计，为现场工程技术人员提供了一种准确、便捷的设