滚动直线导轨副作为高档数控机床的核心执行部件,直接决定数控机床加工精度、精度稳定性及保持性。目前行业骨干企业滚动直线导轨副产品在刚性、综合性能方面取得了明显进步,但在精度保持性上与国外高端产品仍有明显差距,成为制约高档数控机床应用国产滚动直线导轨副的突出瓶颈问题。通过数控机床企业现场使用及前期大量的试验表明,影响滚动直线导轨副精度保持时间偏低的主要失效形式就是刚性不足、预紧力丧失过快,使用中动态特性不稳定,组件可靠性偏低,导致其在精度稳定性及可靠性等方面均落后于国外产品。这一行业突出的共性基础技术问题,成为国产滚动直线导轨副追赶或赶超国外高端产品水平的关键所在。本文以国家科技重大专项“高档数控机床滚动功能部件共性技术研发(2012ZX04002021)”为支撑,对滚动直线导轨副的预紧力测定与分析、刚性评价、阻尼抑振组件的抑振分析及可靠性试验与评价的基础技术问题展开理论与试验研究,为滚动直线导轨提高刚性、精度保持性及使用寿命等重要工程问题提供理论与试验支撑。针对影响滚动直线导轨副服役性能的突出基础技术问题,本文采用有限元仿真、电路学建模、动力学建模、数值计算等方法,结合试验,分析与评价滚动直线导轨副预紧力、刚性、振动、可靠性等四项关键性能指标。主要研究内容如下:(1)运用ANSYS有限元仿真方法,分析了弹性滑块变形引发的初预紧偏差问题,以预紧力丧失前的实际刚性测量均值与理论刚性计算均值差值除以理论刚性计算均值作为评价预紧力偏差的偏差率指标。为了确定直线导轨副在不同变形约束力与预紧等级下静刚度特性,设计了一套滑块变形限制装置。针对不同过盈量的导轨副在等效滑块不同侧向约束力作用下进行垂直载荷与位移变动测量,计算对应的预紧偏差率值。过盈量的增加,预紧力的偏差率随之增加。滑块变形限制装置增加了滑块侧向力,预紧偏差率随之降低。由于滑块刚性结构强化,随着变形约束力的增长,导轨副的静刚度曲线与理论计算曲线偏差变小。运用串并联电路分析方法对预紧滚动直线导轨副建立了电路模型,基于电接触理论与Greenwood/Williamson模型计算了导轨副电路模型的接触电阻值。提出了一项基于接触电阻值测量的预紧力测定方法。针对直线导轨副抽取出一套有序的串并联电路,预紧力可以转换成接触电阻值,接触电阻值可以通过高精度电阻仪测量。通过电路模型计算与测试值对比分析,发现随着滚动体预紧过盈量增长其接触电阻值会降低,在同样的过盈量下,滚柱型接触电阻值要低于滚珠型接触电阻值。将电阻测试法应用于磨损导轨副测试,发现磨损量加大导轨副的接触电阻值变大,磨损是导致预紧力衰退的原因之一。(2)基于Greenwood/Williamson模型与Hertz接触理论,提出滚动直线导轨副微观接触总长评价方法。微观接触总长理论数值计算与试验测试发现:无预紧滚柱型导轨副微观接触总长理论计算与测试值误差在8.1%。微观接触总长值随垂直载荷的增长成线性增长;预紧导轨副微观接触总长值随垂直载荷的变化分预紧力工作阶段与预紧力失效阶段两阶段线性变化;增加滚柱长度,微观接触总长值也增长。滚动直线导轨副微观接触总长评价方法扩展了受载滚动直线导轨副刚性评价的途径。(3)运用动力学分析方法对含有阻尼抑振组件的滚动直线导轨副建立单自由度振动模型,给出了单位简谐力激振下的系统响应振动方程。搭建了扫频激振测试系统,并研制了带有跑合与加载功能的试验平台。理论计算与试验研究表明:开有油槽结构对阻尼抑振组件的固有频率影响偏差在9.4%。响应加速度峰值变化与黏性的增长成反比,与理论模型计算结果一致。润滑油的黏性增加,抑振保持性能增加。分析了阻尼抑振组件在滚动直线导轨副中的抑振效果,并进行了理论分析与试验验证。(4)对滚动直线导轨副进行加速可靠性试验。设计了单/双水平定时截尾可靠性试验方法与评价方法,计算平均无故障工作时间MTBF。试验与计算显示:对滚动直线导轨副双水平可靠性定时截尾试验,缩短了滚动直线导轨副可靠性试验时间,降低了试验成本,提高了试验效率,在工程上具有可行性,该方法已经纳入JB/ZXXXX-201X滚动功能部件可靠性与寿命第3部分:滚动直线导轨副可靠性试验规范中去。基于串联系统可靠度计算模型,提出了品质量Q的评价概念;从滚道、滚动体、溢出物、其他品质等四个方面计算Q的值。基于四个厂家滚动直线导轨副产品,进行了当量载荷11.3%的额定动载荷加载跑合试验,参照品质分量表进行了品质评价。研究表明:在无故障的跑合试验期内,各厂家的滚动直线导轨副产品仍然存在品质差异,可有效反映滚动直线导轨副的可靠性及质量品质。