机床安装与调试课件.doc

北京市工业技师学院 课件1数控机床进给传动链组件之一联轴器作为数控机床进给驱动机构，目前有下述几种常见连接形式： 电机与滚珠丝杠直连（目前广泛用于各类数控机床） 电机与同步带轮相连接，同步带轮连接滚珠丝杠。（早期数控机床） 电机与蜗杆连接，蜗杆通过蜗轮副带动工作台回转。（用于转台驱动）当采用连接形式和时，电机作为主动轴，而滚珠丝杠和蜗杆轴作为被动轴，如何将主动轴上的扭矩精准的传递到被动轴上？目前数控机床广泛采用“弹性联轴器”。所谓联轴器就是用来连接不同机构中的两根轴（主动轴和被动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。联轴器可分为刚性的、和弹性的。刚性的又可分固定式（套筒联轴器、凸缘联轴器等）可移式（齿轮联轴器、十字滑块联轴器及万向联轴器等）刚性联轴器的特点：刚性联轴器不具有补偿被联两轴线相对偏移的能力，也不具有缓冲减震性能；但结构简单，价格便宜。只有在载荷平稳，转速稳定，能保证被联轴线相对偏移极小的情况下，才可选用刚性联轴器。弹性联轴器的特点：有很好的缓冲性、减震性，承载力适中，更重要的是弹性联轴器能够允许主动轴和被动轴之间存在一定的安装误差。2角度误差平行度误差间隙误差弹性联轴器根据结构不同分为： 波纹管式联轴器特点：具有超强纠偏性。 顺、逆时针回转特性完全相同，可耐高温、免维护。适用于小扭矩传动时，零回转间隙。 梅花联轴器特点：工作稳定可靠，具有良好的减振、缓冲性能，具有较大的轴向、径向和角向补偿能力，高强度聚氨酯弹性元件耐磨耐油，承载能力大，使用寿命长。适用于中等扭矩传动时的连接 膜片联轴器特点：承载能力大，适用范围广，传递扭矩范围可达 30-8100000N.m 使用寿命长，工作温度范围大 ( 最高可达+280)，可在腐蚀介质中工作构简单，易于加工制造，没有磨损件，不需润滑，易于维修，震动小、无噪声。靠膜片的弹性变形来补偿所联两轴的相对位移。其适用于中等以上扭矩传动时，传动精度高，可靠性高，可高温下运转。 齿形联轴器内齿和外齿啮合，其适用于大扭矩传动时。北京市工业技师学院 课件联轴器的连接联轴器与轴相连时，又可分为不同连接形式。主要有：1.键连接传动扭矩大，结构简单，成本低，空间尺寸小，但高速旋转时，其动平衡不好。键连接工作原理与普通机械设备键连接相同2.夹紧式连接结构简单，成本低，空间尺寸小。但锁紧力不够时，会造成连轴器与轴之间轴向打滑。卡紧连接是通过两端的紧固螺丝，将“开口”闭合，增大卡持力矩。3.胀环连接传动力矩大，对相关加工尺寸要求高，结构复杂，联轴器体积大。账环夹紧工作原理为：通过端盖锁紧，当压紧端盖时，同时压紧了胀环，胀环分内圈和外圈，形状是成锥形的，所以当有压紧力时，它的内圈会压紧在轴上，外圈压紧在联轴器套筒上。这样完成了轴与联轴器的连接。受力变形变形键槽锁紧螺丝压紧Z1型胀环受力34十字滑块式联轴器当传递小扭矩时，通常采用十字滑块联轴器，十字滑块联轴器结构简单，体积小，安装容易。同时能够允许一定的轴线安装误差。目前 FANUC 脉冲编码器常采用十字滑块连接。联轴器的常见故障： 弹性联接器弹性联接器是数控机床广泛采用的联轴器，它能补偿因同轴度及垂直度误差引起的“干涉”现象。在结构允许的条件下，大部分数控机床的伺服进给系统都采用弹性联接器结构。但弹性联接器装配时很难把握锥套是否锁紧，如果锥形套胀开后摩擦力不足，就使丝杠轴头与电机轴头之间产生相对滑移扭转，造成数控机床工作运行中，被加工零件的尺寸呈现有规律的逐渐变化（由小变大或大变小），每次的变化值基本上是恒定的。如果调整机床快速进给速度后，这个变化量也会起变化，此时 CNC 系统并不报警，因为电动机转动是正常的，编码器的反馈也是正常的。一旦机床出现这种情况，单纯靠拧紧两端螺钉的方法不一定奏效。解决方法是设法锁紧联轴器的弹性锥形套，若锥形套过松，可将锥形套轴向切开一条缝，拧紧两端的螺钉后，就能彻底消除故障。 刚性联轴器刚性联轴器目前主要采用联轴套加锥销的联接方法，而且大多进给电机轴上都备有平键。这种连接，经过一段时间使用，圆锥销开始松动，键槽侧面间隙逐渐增大，有时甚至引起锥销脱落，造成零件加工尺寸不稳定。解决的方法有两种： 采用特制的小头带螺纹的圆锥销，用螺母加弹性垫圈锁紧，防止圆锥销因快速转换而引起的松动。该方法能很好地解决圆锥销松动的问题，同时也减轻了平键所承受的扭矩。当然，这种方法因圆锥销小头有螺母，必须确保联轴器有一定的回转空间。 采用两只一大一小的弹性销取代圆锥销连接，这种方法虽然没有圆锥销的连接方法精度高，但能很好地解决圆锥销松动问题，弹性销具有一定的弹性，能分解部分平键承受的扭矩，而且结构紧凑，装配也十分方便。经在维修中应用，效果很好。但装配时要注意，大小弹性销要求互成 180装配，否则会影响零件加工的精度。数控机床的进给机构，采用伺服电机或步进电机与滚珠丝杠连接，一般采用联轴器直连、齿形同步带连接或运用齿轮相连。在许多场合，因结构上的限制，北京市工业技师学院 课件5特别是采用了伺服电机或混合式步进电机后，联轴器直连便成为电机与滚珠丝杠最为常见的连接方法。由于数控机床进给速度较快，如快进、快退的速度有时高达 20m/min 以上，在整个加工过程中正反转换频繁。联轴器承受的瞬间冲击较大，容易引起联轴器松动和扭转，随使用时间的增长,其松动和扭转的情况加剧。在实际加工时，主要表现为各方向运动正常、编码器反馈也正常、系统无报警，而运动值却始终无法与指令值相符合，加工误差值越来越大，甚至造成加工的零件报废。出现这种情况时，建议检查一下联轴器。6联轴器英语词汇Coupling 联轴器Torque 力矩Transmission 传递Torque transmission 力矩传递Damping 抑制，阻尼Vibrations 震荡Damping of torsion vibrations 抑制扭矩震荡Compensation 补偿Misalignments 不重合Axial misalignments 轴线不重合Compensation for axial, radial and angular shaft misalignments 补偿轴向、径向和角度方向的误差（不重合度）Axial plug-in 轴插入easy assembly 安装容易maintenance free 免维护Flexible 弹性的、柔性的Elastic 弹性的Backlash 反向间隙Backlash-free 无反向间隙Prestress 预加应力Easy blind assembly 便于盲装，非常容易安装。Integrated clamping system 综合卡紧装置Flange connect 法兰连接feather keyway according to DIN 6885 标准键了连接，遵循 DIN 6885 标准。Finish bore according to ISO fit H7 联轴器孔精镗遵循 ISO 标准 H7北京市工业技师学院 课件7数控机床进给传动链组件之二滚珠丝杠副滚珠丝杠作为数控机床进给传动链中的重要组成部分，在整个传动链中起着将旋转运动转化为直线运动的重要作用。作为数控机床的进给驱动（不同于主轴传动），一般情况是伺服电机通过联轴器将动力直接传递给滚珠丝杠，丝杠旋转带动丝杠螺母横向移动，也有的进给机构是将动力传递给丝杠螺母，丝杠螺母旋转推动丝杠前后移动，完成将旋转运动转化为直线运动这一过程。数控机床常用丝杠参见图 s-1 数控机床用滚珠丝杠图 s-11. 滚珠丝杠的特点：那么数控机床为什么不象普通机床那样使用梯形丝杠呢？我们通过对两种丝杠的比较，自然会得出结论。图 s-2 滚珠丝杠结构图 s-3 梯形丝杠结构通过上图 s-2 我们可以看出，滚珠丝杠副丝杠与丝杠螺母之间是滚动摩擦，靠一连续的滚珠在滚道中产生相对运动，摩擦系数非常小，可达到=0.003，在实际应用中由于滚珠丝杠是滚动摩擦，所以动态响应快，易于控制，精度高。而从图 s-3 中我们得知，梯形丝杠是依靠丝母与丝杠之间的油膜产生相对滑动工作的，从机械原理上讲，滑动摩擦的两物体之间必然会有间隙，包括渐开线齿轮、齿轮齿条等，所以梯形丝杠传递力矩时，摩擦力比滚珠丝杠大，间隙比滚珠丝杠大。8从两种不同丝杠的结构特点，不难看出滚珠丝杠的优势和特点：滚珠丝杠螺母副是一种低摩擦，高精度，高效率的机构。它的机构效率（=0.92-0.96）比梯形丝杠（= 0.20-0.40）高 3-4 倍。滚珠丝杠螺母副的动（静）摩擦系数基本相等，配以滚动导轨，启动力矩很小，运动极灵敏，低速时不会出现爬行。另外，滚珠丝杠生产过程中，在滚道和珠子之间施加预紧力，可以消除间隙，所以滚珠丝杠可以达到无间隙配合。基于这些特点数控机床广泛采用滚珠丝杠，并配合伺服电机达到高的动态响应和高定位精度。2. 滚珠丝杠的结构与预紧滚珠丝杠的内部结构如下图 s-4 所示图 s-4 内循环滚珠丝杠图 s-5 外循环滚珠丝杠滚珠丝杠从循环形式上可分为：内循环式和外循环式，参见图 s-4 和图 s-5。北京市工业技师学院 课件9滚珠丝杠从螺母预紧形式上可分为：单螺母和双螺母，参见图 s-7。内循环式滚珠丝杠结构尺寸小，但是由于循环器受尺寸所限，滚珠循环及散热条件差，制约了丝杠高速旋转。外循环式滚珠丝杠循环器有局部在丝母外，散热好，但安装尺寸较大。单螺母丝杠副的预紧力是在出厂时完成的，基本上是“一次性的”，也就是说进入使用阶段后很难再调整了。图 s-6 单螺母内部预紧而双螺母丝杠副的预紧力虽然在出厂时已经调好，但是进入使用环节后，特别是使用一段时间需要调整丝杠副间隙时，可以通过增减调整垫的厚度，进行再次的预紧。图 s-7 双螺母结构滚珠丝杠作为高精度进给驱动机构，为了保证反向传动精度和轴向刚度，必须消除轴向间隙。其双螺母滚珠丝杠副消除间隙的方法是，利用两个螺母的相对轴向位移，使两个滚珠螺母中的滚珠分别贴紧在螺旋滚道的两个相反的侧面上。参见下图s-8图 s-7 双螺母结构调整预紧力其它常见的双螺母调整结构又有下述几种形式：10常用的双螺母丝杆间隙的调整方法有：1.垫片调隙式结构；参见图s-8 （A），原理是通过增加垫片厚度，使两个螺母在相对的方向上产生轴向力，克服间隙，增加预紧力。（A）（B）2.3.螺母调隙式结构；参见图s-8 （B），原理同上，只是调整的手段不是垫片，而是两个锁紧螺母。齿差调隙式结构；参见图s-8 （C）。其原理是通过在两个螺母的凸缘上各制有圆柱外齿轮，分别与固紧在套筒两端的内齿圈相啮合，其齿数分别为 Z1、Z2，并相差一个齿。调整时，先取下内齿圈，让两个螺母相对于套筒同方向都转动一个齿，然后再插入内齿圈，则两个螺母便产生相对角位移，其轴向位移量为：式中 Z1、Z2为齿轮的齿数，Ph 为滚珠丝杠的导程。（C）图 s-8 双螺母滚珠丝杠预紧力调整但是，目前最常见的调整预紧力结构是图 s-7 中所示的“双螺母加垫”预紧调整，所以我们在以后的学习中将重点关注这种结构。北京市工业技师学院 课件11滚珠丝杠支撑丝杠螺母在受到工作台的轴向力后为什么纹丝不动？前面我们大致了解了滚珠丝杠的工作原理，那么它是怎样具体应用在机床上呢？我们在这一节进行讨论。首先我们了解一个典型的进给轴传动链，如图 s-9 所示：图 s-9 伺服电机轴 滚珠丝杠、 联轴节压盖 联轴节轴套 Z1 型涨环 近端支撑轴承 远端支撑轴承从上图我们不难发现，最终支撑滚珠丝杠的是近端支撑轴承和远端支撑轴承，仔细观察这两组轴承是具有“方向性”的，这两组轴承通过相互的作用，将轴向力“顶住”，如图中轴承受力延长线所示。所谓的“顶住”，是丝杠轴承巧妙的运用了“角接触轴承（又称向心推力轴承）”即可以承受径向力，又可以承受轴向力的双向受力特点。外圈作用力内圈作用力图 s-10如图 s-10 所示，当轴承内档圈和外档圈受到一组相反方向的作用力时，轴承钢珠承受着一对互为相反的作用力，从静力学的角度上看，当物体静止时，这一对作用力大小相等，方向相反。作为我们机床丝杠传动，来自工作台的轴向力是作用在轴承的内圈上，如果我们约束丝杠不窜动，只要在轴承外圈上作用一个方向相反、大小相等的力即可，这样轴向受力是平衡的。又由于内、外圈之间是滚动摩擦，因而保证了丝杠灵活的转动。12对于数控机床丝杠传动，需要根据不同的情况控制轴承的游隙（钢珠与内外环之间的间隙），对于低速大扭矩的传动，需要这一游隙是过盈的，即要使钢珠在滚道内受挤压变形，从配合的角度讲，间隙是负值。而对于高速小一点的负载，则需要游隙大一点，预留出高速运行后钢珠和内外圈的热膨胀系数。为了实现这一目的，我们往往采用“过定位”的方式，即在轴承的内、外圈四个点均加上受力点，如图 s-11 所示外圈外圈内圈内圈图 s-11外圈轴承座定位内圈档环定位内圈档环定位内圈缩紧螺母图 s-12这样滚珠丝杠就被牢牢的约束住了，这里请同学们注意，轴承游隙调整的过紧，机床驱动负载加大，轴承很快损坏。轴承游隙调整的过松，间隙过大，丝杠在轴向窜动比较大，导致机床的定位精度和重复定位精度差。如何将游隙调整到一个精确合理的尺度，是一项比较精细的实践活动，需要我们既有理论知识，又要有丰富的实践经验。北京市工业技师学院 课件13轴承补充知识角接触轴承组合另外，根据机床的结构和要求不同、传动链的受力不同，轴承的组合也不尽相同，常见的组合如下：双列组合其中第一个字母表示：DDuplex 双列轴承其中第二个字母表示：BBack to Back 背对背FFace to Face 面对面TTandem 串联DF双列面对面图 s-13三列组合其中第一个字母表示：TTriplex 三列轴承其中第二个字母表示：BBack to Back 背对背FFace to Face 面对面TTandem 串联TBT三列背对背串联图 s-14四列组合其中第一个字母表示：QQuadruple 四列轴承其中第二个字母表示：BC Back to BackTandem 双背对背FC Face to FaceTandem 双面对面TTandem 串联图 s-1514四列组合其中第一个字母表示：QQuadruple 四列轴承其中第二个字母表示：BTBack to Back Tandem背对背接串联FTFace to Face Tandem面对面接串联TTandem 串联图 s-16那么本节图那么本节图-1 中近端轴承组合是什么？请同学们自己表示出来。图 s-17-1 中远端轴承组合是什么？请同学们自己表示出来。图 s-18图 s-19北京市工业技师学院 课件15滚珠丝杠支撑滚珠丝杠副的安装形式上面我们仅介绍了一组轴承的约束，实际应用中正如我们图 s-9 所示，丝杠的近端和远端均有轴承支撑，那么数控机床进给轴常见的丝杠支撑有几种形式呢？滚珠丝杠副的安装方式最常用的通常有以下几种： 固定自由方式如图 s-20 所示，丝杆一端固定，另一端自由。固定端轴承同时承受轴向力和径向力，这种支承方式用于行程小的短丝杆或者用于全闭环的机床，因为这种结构的机械定位精度是最不可靠的，特别是对于长/径比大的丝杠（滚珠丝杠相对细长），热变性是很明显的，1.5 米长的丝杠在冷、热的不同环境下变化 0.050.10 毫米是很正常的。但是由于它的结构简单，安装调试方便，许多高精度机床仍然采用这种结构，但是必须加装光栅，采用全闭环反馈，如德国马豪的机床大都采用此结构。1电动机 2弹性联轴器 3轴承 4滚珠丝杆 5滚珠丝杆螺母图 s-20固定支承方式如图 s-21 所示，丝杆一端固定，另一端支承。固定端同时承受轴向力和径向力；支承端只承受径向力，而且能作微量的轴向浮动，可以减少或避免因丝杆自重而出现的弯曲，同时丝杆热变形可以自由地向一端伸长。这种结构使用最广泛，目前国内中小型数控车床、立式加工中心等均采用这种结构。1电动机 2弹性联轴器 3轴承 4滚珠丝杆 5滚珠丝杆螺母图 s-2116 固定固定方式如图 s-22 所示丝杆两端均固定。固定端轴承都可以同时承受轴向力，这种支承方式，可以对丝杆施加适当的预紧力，提高丝杆支承刚度，可以部分补偿丝杆的热变形。对于大型机床，重型机床，以及高精度机床常采用此种方案。图 s-221电动机 2弹性联轴器 3轴承 4滚珠丝杆 5滚珠丝杆螺母但是，这种丝杠的调整比较繁琐，如果两端的预紧力过大，将会导致丝杠最终的行程比设计行程要长，螺距也要比设计螺距大。如果两端锁母的预紧力不够，会导致相反的结果，并容易引起机床震荡，精度降低。所以这类丝杠在拆装时一定要按照原厂商说明书调整，或借助仪器（双频激光测量仪）调整，参见下图s-23。图 s-23北京市工业技师学院 课件图 s-24 进给轴传动链丝杠支撑与预紧1718滚珠丝杠日常保养间隙消除与润滑1. 双螺母滚珠丝杠副的间隙消除：图 s-25双螺母丝杠的工作原理我们已经在前面叙述，下面我们简述丝杠间隙调整步骤：首先判断丝杠间隙：如果丝杠无间隙，有一定的预紧力时，转动丝母时会感觉到有一定的阻力，似乎有些“阻尼”，并且全行程均如此，说明丝杠没有间隙，不需要调整。相反，如果丝杠和丝母之间会很松垮的配合，则说明丝杠丝母之间存在间隙了，就需要调整了。步骤 1：将丝母上键式定位销固定螺钉松开，取下定位销。注意丝母上相隔 180度有两个键式定位销，均需要拆卸下来。参见图 s-26步骤 2：将已经分离的前后半月板螺母反方向旋转，将其完全松开，取下两个半月板。参见图 s-26键销步骤 3：根据丝杠副之间的图 s-26空载力矩情况（手感），选择塞尺与半月板同时插入两丝杠螺母之间，并将丝杠螺母锁紧到位。锁紧到位的标志是键销定位槽对齐，这是再转动丝杠螺母，直至手感有些阻力，但同时键销定位槽又能够对齐，说明厚度测好。参见图 s-27键槽要对齐图 s-27北京市工业技师学院 课件19步骤 4：将两螺母松开，测量半月板和所插入塞尺的总厚度，画图从新制作半月板，试装。步骤 5：如果厚度适宜，丝杠和丝杠螺母配合良好，安装丝杠螺母上的两个键销，上紧键销固定螺丝。2. 滚珠丝杠螺母副密封与润滑的日常检查滚珠丝杠螺母副的密封与润滑的日常检查是我们在操作使用中要注意的问题。对于丝杠螺母的密封，就是要注意检查密封圈和防护套，以防止灰尘和杂质进入滚珠丝杠螺母副。对于丝杠螺母的润滑，如果采用油脂润滑，则应按照机床厂说明书定期注入润滑脂（不同型号的丝杠，使用不同的润滑脂，注油周期不同）。如果使用稀油润滑时则要定期检查注油孔是否畅通，一般是在检修时观察丝杠上面的油膜即可。这里需要注意的是，当采用稀油润滑时，一般导轨和丝杠采用的是同一个集中润滑系统，如图 s-28 所示，油路从集中润滑泵定量输出，通过分配器输送到各轴的导轨及丝杠润滑点。油泵油路分配器图 s-28 导轨与丝杠稀油润滑图 s-30 集中润滑泵在数控车床的实装位置润滑点20补充知识之一润滑泵目前数控机床采用的导轨及丝杠的集中润滑箱主要有两大类： 电控式定量集中润滑泵通过外围 PLC 设备设定“供油时间”和“间歇时间”，通知油泵电机工作。该泵结构简单，主要由齿轮泵、溢流阀、辅助手柄、箱体等组成。溢流阀的作用是控制泵的工作压力，以保护泵的安全，并具有自动卸压等功能。供油时间和间歇时间是通过外部 PLC 等自动化设备直接通知齿轮泵电机的旋转。目前这种油泵使用最广泛。图 s-30 机械式定量集中润滑泵依靠泵体本身的凸轮装置或柱塞装置，依靠机械的预调量，定期向系统供油。这种机械式定量的原理是通过齿轮泵带动伞齿轮和转动，力矩通过齿轮传递到凸轮，当齿轮每转一转时，凸轮都会带动活塞杆上下移动一次，而活塞杆每移动一次就将油腔中的压力提高，当油腔中的压力足以推开油路单向阀时，便开始向系统油路供油。实际上此时仅输出几毫升的油滴，电机就这样往复不断的旋转，油一滴一滴的“挤”向系统油路，而流量的调整可以通过手柄，锁紧上油腔的空间和溢流口大小，从而控制流量。图 s-30参见图 s-31这种集中供油的优点是不占用外围 PLC 点，但缺点是：结构复杂，供油量调整不准，另外油泵电机和整个机械系统不停的运行，影响使用寿命。北京市工业技师学院 课件21补充知识之二滚珠丝杠的应用以及国内外主要品牌通过前面的学习讨论，我们对滚珠丝杠的结构、使用、调整、日常保养有了一定的基本认识。但是滚珠丝杠这一实用技术并不是首先用于数控机床的，滚珠丝杠最早被成功的用于早期的飞机制造业：如下图所示：图 s-30 滚珠丝杠用于飞机双翼升降6070 年代之后，被成功的用于数控机床的制造中，但是随着直线电机技术的成熟和在数控机床中的应用，滚珠丝杠也会渐渐的退出它在数控机床中的重要地位。图 s-31 直线电机用于数控机床（滚珠丝杠消失）22国外主要丝杠生产品牌北京市工业技师学院 课件滚珠丝杠补充知识相关英语Ball screw 滚珠丝杠Nut 丝杠螺母Ball screw support 丝杠支撑Pitch 螺距Diameter 直径Bearing 轴承Contact angle 角接触Bearing with 60 degree contact angle 60 度角接触轴承Back to back 背对背Face to face 面对面Tandem 串联，一顺Axial force 轴向力High grade grease 高级润滑脂Axial rigidity 轴刚性Backlash 反向间隙（丝杠背隙）2324数控机床进给传动链组件之三数控机床导轨从广义上讲：导轨主要用来支承和引导运动部件沿一定的轨道运动。在导轨副中，运动的一方叫做动导轨，不运动的一方叫做支承导轨。动导轨相对于支承导轨的运动，通常是直线运动或回转运动。图 d-1 数控机床直线导轨那么针对我们数控机床，导轨是支承和引导工作台沿一定的轨道运动，作为立式加工中心，工作台是沿着 X、Y 坐标方向运动，主轴箱沿着 Z 坐标方向移动。作为卧式加工中心；一般工作台是沿着 X、Z 坐标方向运动，主轴箱沿着 Y坐标方向移动，同时工作台还可以以 B 轴为中心的轨迹回转。图 d-2 卧式加工中心工作台移动北京市工业技师学院 课件由于数控机床是高精密、强力金属切削设备，所以对导轨的要求为： 导向精度高 耐磨性好及寿命长 足够的刚度 高、低速运动的平稳性 公益性好那么根据机加设备这些特质要求，数控机床通常采用的导轨形式有： 滑动导轨 滚动导轨 静压导轨 气浮导轨25滑动导轨即运动导轨和支撑导轨之间是滑动摩擦形式。但它们又细分为： 镶钢贴塑导轨贴塑导轨的工作原理是在动导轨和支撑导轨之间粘贴摩擦系数很小的有机材料，并加之油膜润滑，使上、下导轨相对灵活移动。贴塑导轨最大的特点为，两个相对运动体是“面接触”（实际上是点群的接触），导轨受力稳定，抗强力切削性能好，被广泛的用于中、重型机床的导轨上。但是由于贴塑面粘接、刮砚工艺复杂，特别是方形导轨，侧镶条（楔形铁）和压板的处理复杂，如果是重、大型机床修复损伤的贴塑导轨还需要解体立柱、主轴箱等，维修成本比较高。目前广泛采用镶钢贴塑结构参见下图1床身 2工作台 3压板 4贴塑面 5镶条图 d-3 镶钢贴塑导轨结构目前市场上采用的塑带材料大都为聚四氟乙烯。26图 d-4 镶钢导轨机床聚四氟乙烯带镶钢导轨图 d-5 镶钢导轨与聚四氟乙烯贴塑带机床实例北京市工业技师学院 课件27 铸铁贴塑面导轨这种导轨的工作原理与镶钢贴塑导轨工作原理完全相同，只是结构要更加简单，成本低，一般用于普通数控车床或中小型数控铣床。而铸铁贴塑面导轨的结构又广泛的采用“一平一V”的形式。因为这种“V”型槽有自动定位的功能，去掉了镶条压板等机构。图 d-6 一平一 V 及燕尾槽铸铁导轨 其它形式的滑动导轨：除上述前两种情况之外，一些中小型数控机床的导轨还采用铸铁-铸铁、铸铁-巴士合金（锡青铜）、非金属涂层等多种滑动导轨。由于这类滑动导轨是非主流产品，本讲座不作讨论。滚动导轨即运动导轨和支撑导轨之间是滚动摩擦形式。但它们又细分为： 直线导轨（A）直线导轨副（B）导轨滑块图 d-7 直线导轨机床（C）导轨28直线滚动导轨主要由导轨体、滑块、防尘刮板等组成。图 s-8 直线导轨的组成当滑块与导轨体相对移动时，滚动体在导轨体和滑块之间的圆弧直槽内滚动，并通过端盖内的滚道，从工作负荷区到非工作负荷区，然后再滚动回工作负荷区，不断循环，从而把导轨体和滑块之间的移动变成滚动体的滚动。为防止灰尘和赃物进入导轨滚道，滑块两端及下部均装有塑料密封垫，滑块上还有润滑油杯。基于上述的结构，滑动导轨具有下述特点：i. 摩擦系数小，灵敏度高，速度快由于是滚动摩擦，摩擦因数小(0.0030.005)，导轨运动均匀，尤其是在低速移动时，不易出现爬行现象。运动灵活，适宜工作台高速运行，一般可以达到24,000 50,000 mm/min。ii. 负荷平衡佳简单的双排构造，可采用大粒钢珠，各方向的荷重都能平均承受。iii. 动、静惯性矩小，精度高，噪音低轨道形状经过高精度磨削，再加上基于钢球循环动作分析的最优设计，动、静摩擦系数相对很小。另外钢珠预紧力均衡，负载牵引力小，移动轻便，移动、停止灵活，噪音低，定位精度高，重复定位精度可达 0.5 m。iv. 安装工艺性好、精度容易保证导轨双列使用，每个滑块从断面上看都是对角线相互受力，发生误差的因素少，直线导轨副安装工艺性好，两导轨间的尺寸安装精度容易提高。轨道精度的测定容易，可确保高精度。v. 由于是“点群”接触，抗强力切削性差。北京市工业技师学院 课件29直线导轨副是依靠一组钢珠支撑的，而钢珠与导轨和滑块的接触是“点”的接触，所以在承受强力切削时的稳定性就比较差。基于上述这些特点，直线导轨被广泛用于中、小型精密数控机床上，特别是中小惯量的高速数控铣床、激光切割机、数控车削中心等。 滚动导轨滚动导轨的另一种形式是在支撑导轨和动导轨之间通过滑块滚动体作为介质使支撑导轨和动导轨产生相对运动。图 d-9 滚动体结构滚动体结构如图 d-9 所示，它就像坦克履带那样拖动负载移动，这种滚动体的特性与我们前面所讲的直线导轨很相近：i. 摩擦系数小，灵敏度高，速度快ii动、静惯性矩小，精度高，噪音低iii. 安装工艺性好、精度容易保证但它与直线导轨相比较有一大优点，由于它通常是由滚柱作为滚动体所以受力是由一组“线段”完成的，承载能力比直线导轨强，一般适用于重型机床的横梁导轨，中、重型卧式加工中心的立柱导轨等。但是这种滚动体滑块组成的导轨结构，要比直线导轨复杂，因为导轨的约束还是需要单独的“压板”机构，而直线导轨滑块与导轨之间的约束在直线导轨副出厂前就已经装配完毕。 静压导轨液体静压导轨是将具有一定压力的油液经节流器输送到导轨面的油腔，形成承载油膜，将相互接触的金属表面隔开，实现液体摩擦。这种导轨的摩擦因数小30(约 0.0005)，机械效率高：由于导轨面间有一层油膜，吸振性好；导轨面不相互接触，不会磨损，寿命长，而且在低速下运行也不易产生爬行。但静压导轨结构复杂，制造成本较高。静压导轨按导轨形式可分为开式和闭式两种；按供油方式分为恒压(即定压)供油和恒流(即定量)供油两种。图 d-10 静压导轨工作原理图静压导轨的最大特点是：动导轨和支撑导轨之间是“面接触”，承载能力非常强，因此静压导轨被用于大型鏜铣床或大型龙门铣床，工作台可承重达 200 吨以上，特别适宜冶金机械、重型机械零件的加工。图 d-11 大型鏜铣床使用静压导轨北京市工业技师学院 课件根据前面对几种不同形式导轨的介绍，现归纳如下：31导轨形式结构特点适用容易产生故障直线导轨滑块与导轨之间通过滚珠滚动产生相对运动滚动摩擦、惯性矩小、动态特性好，点群接触，强力切削性差。切削力适中的高速加工机床，如铝材箱体加工等磨损快，滑块与导轨一旦产生间隙，切削时机床易产生震动。维修更换容易镶钢贴塑导轨钢导轨与工作台下面的聚四氟乙烯面以及它们之间的油膜产生滑动摩擦刮砚后接触面好，稳定性好，强力切削性能好。静惯性矩大，起动力矩大，动态特性稍差。强力重切削机床，钢件、不锈钢件加工，目前中型数控机床使用广泛贴塑面对润滑要求严，一旦缺少润滑，贴塑面很快损坏，维修成本高，必须刮砚修复。静压导轨通过压力油分布在导轨面各点，工作台浮在导轨上面摩擦系数小，受力好，结构复杂，制造成本高大型龙门或大型镗铣床，工作台承重大压力点不平衡，出油口堵塞，工作台飘浮低于允差，压力点平衡调整难度大钢导轨与滑块与直线导轨原理相似，但坦克链式滑块多为滚针形式，“线”接触，滚动摩擦、惯性矩小、动态特性好，受力条件比直线导轨好，工艺性比直线导轨差中型机床或龙门机床横梁广泛采用这一结构滑块寿命周期有限，但更换维护容易。气浮导轨通过小孔气压将工作台浮在导轨上运动摩擦系数小，受力好，对环境要求严，适用于高速加工专用高速加工机床对 环 境 要 求高，气和环境质量非常重要32导轨的维护与调整镶钢贴塑导轨的调整压板厚度调整压板镶条图 d-12 镶钢贴塑导轨的调整前面我们介绍过镶钢贴塑导轨（参见图 d-3）的结构，在日常维修中需要处理的有两个环节：镶条的调整和压板的调整。因为机床导轨在使用一段时间后，一般是若干年后导轨的侧向约束（镶条与侧导轨）或上下约束（压板）有可能松动。通过简单的调整可以有效地消除间隙。下面简单的分别介绍镶条、压板的调整。 镶条的调整参见图 d-12，镶条是一个锥度 1:100 的楔铁，机床在出厂时应该将其调整在一个合适的位置工作台即能移动，又不横向晃动。实际上这里有一个矛盾，当楔铁顶的过紧（如图前顶丝顶紧，后顶丝放松，楔铁挤入深），工作台横向没有一丝的间隙，很稳定，但是移动的阻力会非常大。重则导致伺服电机无法驱动工作台移动，轻则影响机床的定位精度。相反，楔铁过松（如图前顶丝放松，后顶丝顶紧，楔铁挤入浅），工作台侧北京市工业技师学院 课件33面与镶条之间有间隙，工作台移动灵活，但是左右受力后会晃动，导轨的直线性达不到标准要求。一般机床使用 35 年后，镶条与导轨侧面的间隙会逐渐的显露出来，并随着时间的延长增大，所以需要时，我们必须会正确调整，调整点就是图 d-12 中的前、后顶丝，目的就是“即能使工作台移动自如，又不横向晃动”。图 d-13 主轴箱双向镶条调整位置 压板的调整同理，机床在出厂时，压板与机座下导轨结合恰到好处，即能使工作台移动自如，工作台受切削力后又不上下攒动，特别是对于主轴箱移动方向的导轨长时间使用后容易产生