导轨的选型及计算

导轨的选型及计算按结构特点和摩擦特性划分的导轨类型见表6-1⑸,各类导轨的主要特点及应用列于表中。表6-1导轨类型特点及应用导轨类型主要特点应用导轨类型主要特点应用1,运动灵敏度高，低速广泛用于各类精密机床，数控机床，纺1,结构简单，使用维修普通机床，冶金设备上应用普遍运动平稳性好，定位精滑动导轨方便。2,未形成完全液度高。2,精度保持性好，体摩擦时低速易爬行3,磨损大寿命低，运动精度不稳定滚动导轨磨损少，寿命长。3，刚性和抗振性差，结构复杂成本高，要求良好的保护织机械等1,动导轨表面贴塑料软1,速度高（90m/min~600m/min）,形成液体摩擦2,阻尼大，抗阵性好3,结构简单,不需复杂供油系统，使用维护方便4,油膜厚度随载荷与速度而变主要用带等与铸铁或钢导轨主要应用语速度搭配，摩擦系数小，且动与中大型高，精塑料静摩擦系数搭配，不易机床压强动压导轨度要求导轨爬行,抗摩擦性能好。2,不大的导一般的贴塑工艺简单。3,刚度轨应用日机床主较低，耐热性差容易蠕变益广泛运动导轨化。影响加工精度，低速重载易出现导轨面接触1,在支撑导轨上镶装有镶钢导轨工艺复杂，成本高。常用于重型机床如立车，龙门铣床的导各种大型，重型机床，精密机床，数控机床的工作一定硬度的不钢板或钢1,摩擦系数很小，驱动镶钢，带，提高导轨耐磨性，改力小。2,低速运动平稳镶金善摩擦或满足焊接床身静压导轨性好3,承载能力大，刚属导结构需要。2,在动导轨性，吸阵性好4,需要一轨上镶有青铜只类的金属防止咬合磨损，提高耐磨性，运动平稳精度高套液压装置，结构复杂，调整困难轨上台6.1初选导轨型号及估算导轨长度X方向初选导轨型号为GGB20BAL2P12x940-4⑹具体数据见《机械设计手册》9-149Y方向初选导轨型号为GGB20AAL2P12x1090-4导轨的运动条件为常温,平稳,无冲击和震动为何选用滚动直线导轨副：1）滚动直线导轨副动静摩擦力之差很小，摩擦阻力小，随动性极好。有利于提高数控系统的响应速度和灵敏度。驱动功率小，只相当普通机械的十分之一。2）承载能力大，刚度高。3）能实现高速直线运动，起瞬时速度比滑动导轨提高10倍。4）采用滚动直线导轨副可简化设计，制造和装配工作，保证质量，缩短时间，降低成本。导轨的长度：由于导轨长度影响工作台的工作精度和高度，一般可根据滑块导向部分的长度来确定导轨长度。其公式为：L=H+S+Al-S1-S2由此公式估算出Lx=940mm,Ly=1090mm其中L一导轨长度H一滑块的导向面长度S一滑块行程△l一封闭高度调节量滑块到上死点时，滑块露出导轨部分的长度滑块到下死点时，滑块露出导轨部分的长度6.2计算滚动导轨副的距离额定寿命X方向的导轨计算X方向初选导轨型号为GGB20BAL2P12x940-4，查表9.3-73:1］得，这种导轨的额定动，静载荷分别为Ca=13.6kN,Coa=20.3kN。4个滑块的载荷按表9.3-48序号1的载荷计算式计算。其中工作台的最大重量为：G=100X9.8=980NF1=F2=F3=F4=1/4（Gl+F）=250N1）滚动导轨的额定寿命计算公式［们为：，，、£L=（fhftfcfaCa/fwPc）乂K=27166km式中L——额定寿命（km）；Ca——额定动载荷（KN）；P——当量动载荷（KN）；Fmax——受力最大滑块所受的载荷（KN）；Z——导轨上的滑块数；£——指数,当导轨体为滚珠时，£=3；当为滚柱时£=10/3；K——额定寿命单位（KM），滚珠时,K=50KM；滚柱时,K=100KM；fh——硬度系数；fh-一（滚道实际硬度（HRC））。由于产品技术要求规定，滚道硬度不得低于58HRC,故通常可取fh=1ft——温度系数，查表6-2［7］，得匕=1工作温度/0C<100100~150150~200200~250ft10.900.730.60表6-2温度系数fc——接触系数，查表6-3；得匕=1每根导轨上的滑块数12345fc1.000.810.720.660.61表6-3接触系数fa——精度系数，查表6-4；取匕=1.5工作条件fa无外部冲击或振动的低速运动的场合，速度小于15m/min广1.5无明显冲击或振动的场合，速度为1560m/min1.5~2有外部冲击或高速运动的场合，速度大于60m/min2~3.5表6-4精度系数fw——载荷系数，查表6-5；得fw=1精度等级2345fw1.01.00.90.9表6-5载荷系数则L=27166Km2）寿命时间的计算当行程长度一定，以h为单位的额定寿命为:L-103Lh27166x103=30592.3h2L-n2-602x0.74x1x60式中Lh寿命时间（h）L——额定寿命（km）La行程长度（m）n2——每分钟往返次数=30592.3h工况为：每天开机6个小时，每年300个工作日，则预计寿命年限为：L=30592.3/300X6=16.9年h同理求出Y方向滚动导轨副的距离额定寿命:L=26340.1km1/1L=25230h=14年h6.3导轨材料与热处理机床滑动导轨常用材料主要是灰铸铁和耐磨铸铁。灰铸铁通常以HT200或HT300做固定导轨，以HT150或HT200做动导轨。JB/T3997-1994标准对普通灰铸铁导轨的硬度要求如表6-6u。］所示表6-6灰铸铁导轨硬度要求硬度要求（HBS）硬度不均匀性（HBS）导轨长度/mm导轨铸件重不低于不高于导轨长度/mm硬度差不超量/t过<2500-190255<250025>2500>3180241>250035>5175241—由几何件连45>10165241接的导轨常用耐磨铸铁与普通铸铁耐磨性比较见表6-7⑻表6-7常用耐磨铸铁耐磨铸铁名称耐磨性高于普通铸铁倍数磷铜钛耐磨铸铁1.5〜2高磷耐磨铸铁1钒钛耐磨铸铁1〜2稀土铸铁1铬钼耐磨铸铁1导轨热处理:一般重要的导轨，铸件粗加工后进行一次时效处理，高精度导轨铸件半精加工后还需进行第二次时效处理。常用导轨淬火方法有：1）中频淬火，淬硬层深度（1〜2）mm。硬度（45〜50）HRC。2）接触加热自冷表面淬火，淬硬深度（0.2〜0.25）mm,显微硬度600HM左右。这种淬火方法主要用于大型铸件导轨。6.4导轨的技术要求6.4.1表面粗糙度1）刮研导轨刮研导轨具有接触好、变形小、可以存油、外观美等特点,但劳动强度大、生产率低。主要用于高精度导轨。刮研导轨轨面每25mmX25mm面积内的接触点数不得少于表6-8［9］的规定。表6-8刮研导轨面25mmX25mm内接触点数机床类别滑动导轨每条导轨宽度/移置导轨镶条、压板_滑动面'mm<100>100<250>250m级和m级以上2016161212w级1612121010V级1088662）导轨生产率高，是加工淬硬导轨唯一方法,磨削导轨表面粗糙度应达到的要求，见表6-9［10］。接触面要求见表6-10U0"表6-9磨削导轨表面粗糙度Ra机床类型动导轨固定导轨中小型大型重型中小型大型重型mi级和m级以上0.2〜0.4(0.1〜0.2)0.4〜0.8(0.2〜0.4)0.8(0.4)0.1〜0.2(0.05〜0.1)0.2〜0.4(0.1〜0.2)0.4(0.2)w级0.4(0.2)1.6(0.8)1.6(0.8)0.2(0.1)0.4(0.2)0.8(0.4)V级0.8(0.4)1.6(0.8)1.6(0.8)0.4(0.2)0.8(0.4)1.6(0.8)注：1.滑动速度大于0.5时，粗糙度应降低一级（括号内数值）。2.淬硬导轨的表面粗糙度应降低一级（括号内数值）。表6-10磨削导轨表面的接触指标（%）机床类型滑（滚）动导轨移置导轨全长上全宽上全长上全宽上mi级和m级以上80707050w级75606545V级70506040注：1.宽度接触达到要求后,方能作长度的评定。2.镶条按相配导轨接触指标检验。6.4.2几何精度导轨的几何精度主要是指导轨的直线度和导轨间的平行度，垂直度等。具体相关的几何精度参阅有关机械的精度标准。本机构导轨精度取3级。6.5导轨设计和使用注意事项正确合理地设计和使用滚动直线导轨副，可以提高耐用度和精度保持性,减少维修和保养时间。为此，应注意如下事项：1）尽量避免力矩和偏心载荷的作用滚动直线导轨副样本中给出的额定动,静载荷，都是在各个滚珠受载均匀的理想状态下算出的。因此，必须十分注意避免力矩载荷和偏心载荷。否则，一部分滚珠承受的载荷，有可能超过计算Ca值时确定的许用接触应力，导致过早的疲劳破坏或产生压痕并出现振动，噪声，降低移动精度等现象。2）提高刚度，减少振动适当预紧可以提高刚度，均化滚动体的受力从而提高寿命，并在一定程度上提高阻尼。但是预紧力过大会增加导轨副的摩擦阻力，增加发热，降低使用寿命。因此预紧力有其最佳值。滚动支承的阻尼较小，因此要尽可能使它承受恒定的载荷。有过大的振动和冲击载荷的场合不宜应用直线滚动导轨副。为了减少振动，可以在移动的工作台上加装减振装置。条件许可时可安装锁紧装置，加工时把不移动的工作台固定。3）降低加速度的影响直线滚动导轨副的移动速度可以高达600m/min。起动和停止时，将产生一个力矩，使部分滚动体受载过大，造成破坏。因此，如果加速度较大,应采取以下措施:减轻被移动物体的质量，降低物体的重心，采取多级制动以降低加速度，在启动和制动