第九章导轨设计

第九章导轨设计一.导轨的功用、分类和基本要求在外力作用下，能准确地沿着一定的方向运动动导轨——运动的一方支承导轨——不动的一方只有一个自由度直线或回转运动导轨应满足的基本要求机床导轨的质量在一定程度上决定了——机床的加工精度工作能力使用寿命（1）导向精度导向精度：直线运动导轨的直线性圆周运动导轨的真圆性导轨同其它运动件之间相互位置的准确性影响因素:导轨的几何精度结构形式导轨及其支承件的自身刚度油膜刚度热变形等（2）精度保持性刚度耐磨性刚度不足，影响部件之间的相对位置精度和导轨的导向精度，使导轨面上的比压分布不均，加剧导轨的磨损耐磨性——导向精度能否长期保持导轨耐磨性与导轨材料、导轨面的摩擦性质、导轨受力情况及两导轨相对运动速度等有关。（3）低速运动平稳性保证在作低速运动或微量位移时不出现不平稳现象。影响：使加工表面粗糙度增大；定位运动时的不平稳，将降低定位精度影响因素：导轨的结构和润滑动、静摩擦系数的差值传动动导轨运动的传动系统的刚度等（4）结构工艺性在可能的情况下，应尽量使导轨结构简单，便于制造和维护对于刮研导轨，应尽量减少刮研量对于镶装导轨，应做到更换容易二、滑动导轨（一）直线运动导轨的截面形状滑动导轨两大类——凸形和凹形凸形导轨不易积存切屑，但难以保存润滑油，只适合于低速运动凹形导轨润滑性能良好，适合于高速运动，为防止落入切屑等，必须配备良好的防护装置三角形导轨支承导轨为凸形时——山形导轨支承导轨为凹形时——V形寻轨三角形导轨依靠三角形的两个侧面导向，磨损后能自动补偿，不影响导向精度导向精度随顶角α的增加而降低承载面积随α的增加而增加通常取α=90°大型或重型机床，可取α=110°～120°精密机床，常取α＜90°支承导轨为山形时，不易积存较大的切屑，也不易存留润滑油适用于不易防护、速度较低的进给运动导轨支承导轨为V形时，由于能得到较充足的润滑，除用于精密和大型机床的进给导轨外，还可用于主运动导轨，如龙门刨床床身导轨必须很好地防护，以防落入切屑和灰尘矩形导轨矩形导轨制造简单、刚度高、承载能力大，具有水平和垂直两个方向的导轨面，而且两个导轨面的误差不会相互影响，便于安装调整侧面磨损后不能自动补偿，需要有间隙调整装置，因此导向性较差适用于载荷较大而导向性要求不高的机床燕尾形导轨燕尾形导轨——结构紧凑、高度尺寸较小，可承受颠覆力矩磨损后不能自动补偿间隙，需用镶条调整，刚性较差，摩擦力较大，制造和检修都比较复杂一般用作中、低速的多层导轨圆柱形导轨圆柱形导轨制造简单要求加工时就直接达到较高精度磨损后很难调整和补偿间隙圆柱形导轨具有两个自由度，通常多用在承受轴向载荷的场合（二）回转运动导轨截面形状平面圆环导轨：制造容易，热变形后导轨仍能接触，只能承受轴向力，不能承受径向力，需与带径向滚动轴承的主轴相配合，来承受径向力摩擦损失小，精度高，目前用得较多。适用于大直径的工作台和转盘，如滚齿机、立式车床导轨等。锥形圆环导轨能承受轴向力和较大的径向力，热变形也不影响导轨接触，导向性比平面好，但要保持锥面和主轴的同轴度较困难母线倾斜角一般为30°常用于径向力较大的机床双锥面导轨能承受较大的轴向力、径向力和颠覆力矩能保持很好的润滑制造较复杂床身和工作台热变形不同时，两导轨面将不同时接触用于载荷大、速度高的立式车床（三)导轨的组合形式从限制自由度的角度出发，采用一条导轨即可。用一条导轨，移动部件无法承受颠覆力矩直线运动导轨一般由两条导轨组合重型机床，常用三条或三条以上导轨的组合双三角形组合导向精度高，磨损后能自动补偿，具有较好的精度保持性，很难达到四个表面同时接触的要求，制造困难适用于精度要求较高的机床，如SG8630型刀架导轨和Y3150E立柱导轨等窄导向——用一条导轨面的两侧面导向导向精度高宽导向——用两条导轨面的两外侧面导向（四）导轨间隙的调整导轨接合面之间都存在间隙间隙过小，增加运动阻力，加速导轨磨损间隙过大，降低导向精度，容易产生振动调整方法：镶条和压板三、各种导轨设计简介粘贴塑料软带导轨金属塑料复合导轨塑料涂层导轨镶钢导轨（一）滑动导轨（二）动压导轨动压导轨与动压轴承一样，是靠导轨之间的相对运动产生的压力油膜将运动件浮起，把两个导轨面隔离，形成纯液体摩檫。工作原理与动压轴承相同，形成导轨面间压力油膜的条件是：两导轨面之间应有锲形间隙和一定的相对速度，此外还需要有一定粘度的润滑油流进锲形间隙适用于主运动导轨直线运动导轨的油腔应开在动导轨上，可以保证在工作过程中，油锲始终不会外露，不和大气相通，从而保证油锲形成的油膜压力对运动件的浮力在全长上始终是均衡的。在运动件上供油较困难，故从支承件导轨中进油（三）静压导轨工作原理与静压轴承相同。将具有一定压力的润滑油，经节流器输入到导轨面上的油腔，即可形成承载油膜，使导轨面之间处于纯液体摩擦状态。优点：导轨运动速度的变化对油膜厚度的影响很小；载荷的变化对油膜厚度的影响很小；液体摩檫，摩檫系数仅为0.005左右，油膜抗振性好。缺点：导轨自身结构比较复杂；需要增加一套供油系统；对润滑油的清洁程度要求高。主要应用：精密机床的进给运动和低速运动导轨（四）卸荷导轨卸荷：减小比压目的:采用卸荷导轨可以减轻支承导轨的负荷，降低导轨的静摩擦系数，从而提高导轨的耐磨性和低速运动的平稳性，提高导轨的运动精度。可使手动操作部件更加轻便。卸荷导轨由于导轨面仍然是直接接触的，因而刚度较高。应用：要求精度高和接触刚度高的机床导轨的卸荷方式有液压卸荷、机械卸荷和气压卸荷,液压和机械卸荷应用较多。采用液压卸荷导轨的机床有立式车床、龙门刨床、外圆磨床和平面磨床等。采用机械卸荷导轨的机床有普通车床、立式车床、卧式镗床、坐标镗床和仿形铣床等。四、导轨的润滑和防护导轨的润滑润滑的目的、要求和方式目的：降低摩擦力、减少磨损、降低温度和防止生锈。要求：清洁的润滑油，油量可以调节，尽量采取自动和强制润滑，润滑元件要可靠，要有安全装置。方式：人工定期浇油；油杯；润滑泵；润滑油的选择润滑油：滑动导轨常用高速低载：粘度较低润滑脂：锂基润滑脂特点：不会泄露，不需经常加油；防护要求较高导轨的防护刮板式：广泛应用于外露导轨的防护教材图12-26伸缩式：软式皮腔式和叠层式把导轨全部封闭起来，防护可靠五、导轨耐磨性和运动平稳性（一）合理选择导轨的材料和热处理导轨材料和热处理方法对导轨性能、精度有直接影响,要合理的选择，以便降低摩擦系数，提高导轨的耐磨性，降低成本。导轨的材料有铸铁、钢、有色金属、塑料等。（1）铸铁导轨：良好的抗振性抗，工艺性和耐磨性。（2）鑲钢导轨：磨损能力强。（3）有色金属：可以防止撕伤，保证运动的平稳性和提高运动精度。（4）塑料：摩擦因数低、耐磨性高、抗撕伤能力强、低速不易爬行、运动平稳、工艺简单、化学性能好、成本低等特点。（二）争取无磨损磨损的原因是配合面在一定的压强作用下直接接触并作相对运动。条件：配合面在作相对运动时不直接接触；接触时则无相对运动。（三）争取少磨损•降低压强；•改变摩擦性质；•正确选择摩擦副的材料和热处理；•加强防护。（四）争取均匀磨损摩擦面上压强分布不均；各部分使用机会不等。（五）争取无磨损、少磨损、均匀磨损，磨损后应能补偿磨损量五、导轨耐磨性和运动平稳性