3.8 导轨设计.ppt

1、3.8 导轨设计,一、导轨的功用和应满足的基本要求,（一）导轨的功用和分类 功用: 承受载荷和导向。承受安装在导轨上的运动部件及工件的重量和切削力，运动部件（刀架）可沿导轨运动。 动导轨: 运动的导轨 静导轨: 不动的导轨（或支承导轨） 成对使用,I 分类 按结构形式分： 开式导轨 闭式导轨 开式导轨：指在部件自重和载荷的作用下，运动导轨和支承导轨的工作面（图3-98a中c、d面）始终保持接触、贴合。其结构简单，但不能承受较大的颠覆力矩的作用。,闭式导轨： 借助于压板使导轨能承受较大的颠覆力矩的作用 压板1、2 e、f为主导轨面，压板1、2形成辅助导轨面g、h,普通滑动导轨 滑动导轨 静压导轨

2、 II 按摩擦性质分 卸荷导轨 滚动导轨,（二）导轨应满足的基本要求 导轨应满足精度高、承载能力大、刚度好、摩擦阻力小、运动平稳、精度保持性好、寿命长、结构简单、工艺性好、便于加工、装配调整和维修、成本低。,1、导向精度 指动导轨运动轨迹的准确度 主要影响因素：导轨的几何精度和接触精度，结构形式、装配质量、导轨与支承件刚度和热变形、油膜刚度。,2、承载能力大，刚度好，根据承受载荷的性质，方向和大小，合理选择导轨的截面形状和尺寸，使导轨有足够的刚度，保证机床的加工精度。,3、精度保持性好，导轨原始精度丧失的主要原因是磨损。 磨损的形式看：磨粒磨损、粘着磨损、接触疲劳磨损。 影响耐磨性的因素：材料

3、、载荷状况、磨擦性质、工艺方法、润滑。,4、低速运动平稳 动导轨作低速运动或微量进给时，运动始终平稳，不出现爬行现象。 影响因素：导轨结构形式、润滑情况、静、动摩擦系数之差。 5、结构简单、工艺性好，易于加工,二、导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整,（一） 直线运动导轨的截面形状 有四种：矩形、三角形、燕尾形、圆柱形,并可相互结合、有凸、凹之分。,1、 矩形导轨 图3102a,凸形 容易清除切屑 不易存留润滑油 凹形 与之相反 矩形导轨承载能力大、刚度高、制造简便、检验、维修方便（优点） 存在侧隙、需用镶条调整，导向性差 （缺点） 用于载荷大，导向性要求略低的机床,2、三角形轨 图3102b

4、三角形导轨面磨损时，动导轨会自动下沉，自动补偿磨损量，无间隙 顶角在90120范围内变化，角越小，导向性越好，但摩擦力越大。因此小顶角导轨用于轻载精密机床，大顶角导轨用于大、重型机床。,三角形导轨结构有对称式和不对称式，当水平力大于垂直力、两侧压力分布不均时，采用不对称导轨。,3、燕尾形导轨 燕尾形导轨可承受较大颠覆力矩，导轨的高度较小，结构紧凑，间隙调整方便，但刚度较差，加工、检验、维修不大方便。 适用于受力小、层次多，要求间隙调整方便的部件。,4、圆柱形导轨 圆柱形导轨制造方便，工艺性好，但磨损后较难调整和补偿间隙，主要用于受轴向负荷的导轨，应用较少。 四种截面的导轨尺寸已标准化,（二）回

5、转运动导轨的截面形状 1、平面环形导轨 图3103a,结构简单，制造方便，能承受较大的轴向力，但不能承受径向力，须与主轴联合（主轴定心）使用，由主轴承受径向载荷。 这种导轨摩擦小，精度高，适用于由主轴定心的各种回转运动导轨的机床，如高速大载荷立式车床，齿轮机床。,2、锥面环形导轨 图3103b 除能承受轴向载荷外，还能承受一定的径向载荷，不能承受较大的颠覆力矩，导向性比平面环形导轨好，但制造困难。,3、双锥面导轨 图3103c 双锥面导轨能承受较大的径向力、轴向力、一定的颠覆力矩，但制造研磨较困难。,（三）导轨的组合形式 直线运动导轨通常由两条导轨组合而成，其形式有： 1、双三角形导轨 图31

6、04a,双三角形导轨不需要镶条调整间隙，接触刚度好，导向性和精度保持性好，但工艺性差，加工、检验、维修不便，用于精度高的机床，如丝杠车床，导轨磨床，齿轮磨床。,2、双矩形导轨 图3104b 承载能力大，制造简单，多用在普通精度机床和重型机床中，如重型车床，组合车床，升降台铣床。 宽式组合：由两条导轨的外侧导向，侧向间隙较大，用镶条调整 窄式组合：由一条导轨的两侧导向 图3104c,3、矩形和三角形导轨的组合 这类组合的导轨导向性好，刚度高，制造方便，应用最广。如车床、磨床、龙门铣床。 4、矩形和燕尾形导轨的组合 这类组合的导轨能承受较大力矩，调整方便。 用于横梁、立柱、摇臂导轨。,（四）导轨间

7、隙的调整 导轨面间的间隙对机床工作性能有直接影响，如间隙过大，将影响运动精度和平稳性，间隙过小、运动阻力大，导轨的磨损加快。 为保证导轨具有合理间隙，磨损后又能方便地调整。,1、压板 压板用来调整辅助导轨面的间隙，承受颠覆力矩，用配刮垫片来调整间隙,2、镶条 镶条用来调整矩形导轨和燕尾形导轨的侧向间隙，镶条应放在导轨受力较小的一侧。 常用的镶条有平镶条和斜镶条二种：平镶条截面为矩形或平行四边形，厚度均匀相等，由螺钉调整间隙 易变形、刚度低，目前少用。图3106,斜镶条 斜度为1：（40100）， 两个面分别与动导轨和支承导轨均匀接触，刚度高，通过修磨垫的方式移动镶条，以调整导轨的间隙。图310

8、7,3、导向调整板 导向调整板是一种新型镶条 图3108 图3-109 图3-110,三、导轨的结构类型及特点,（一）滑动导轨 从摩擦性质来看，滑动导轨具有一定动压效应的混合摩擦状态。导轨的动压效应主要与导轨的滑动速度，润滑油粘度、导轨面的油沟尺寸和型式等有关。速度较高的主运动导轨，如立式车床的工作台导轨，应合理地设计油沟型式和尺寸，选择合适粘度的润滑油，以产生较好的动压效果。（注：当一个表面在多孔端面上滑动时，会在孔的上方及其周边产生流体动压力，这就是流体动压效应。）,滑动导轨的优点:结构简单，制造方便，抗振性良好。 滑动导轨的缺点：磨损快。 为提高耐磨性,常采用以下措施: 1、粘贴塑料软带

9、导轨 采用较多的粘贴塑料软带是以聚四氟乙烯为基体，添加各种无机物和有机粉末等填料。,特点：摩擦因数小，耗能低，动、静摩擦因数接近，低速运动平稳性好，阻尼特性好，能吸振，抗振性好，耐磨性好，有自润滑作用，没润滑油也能正常工作，使用寿命长，结构简单，维修方便，磨损后易更换，经济性好。,缺点；刚性差，受力后产生变形，对精度要求高的机床有影响。 粘贴塑料软带一般粘贴在较短的动导轨上，表面开直线形或三字形油槽，配对金属导轨面的粗糙度要求在0.40.8m，硬度在25HRC以上。 比压0.61106帕 （厚度在0.110mm环氧树脂室温24小时，厚的用埋头螺钉固定）,2、金属塑料复合导轨 金属塑料复合导轨板

10、有三层，内层为钢板，它保证导轨板机械强度和承载能力，钢板上烧结一层多孔青铜，形成多孔中间层，在青铜间隙中压入聚四氟乙烯及其它填料。 图3-111,塑料可提高导轨板的导热性,当青铜与配合面摩擦发热，热膨胀系数远大于金属的聚四氟乙烯及其它填料从多孔层中的孔隙中挤出，向摩擦表面转移补充，形成表面厚约0.010.05mm的表面自润滑塑料层。这种复合板与铸铁导轨组合，静摩擦因数小（0.040.06），摩擦阻力显著降低，具有良好的阻尼特性，良好的低速平稳性，成本低，刚度高。,3、塑料涂层 应用较多的有环氧涂层，含氟涂层，HNT耐磨涂层，它们以环氧树脂为基体，加固体滑润剂二硫化钼和胶体石墨及其它铁粉填充剂而

11、成，这种涂层有较高的耐磨性，硬度，强度，导热率；在无润滑油的情况下，能防止爬行，改善导轨的运动特性，特别是低速平稳性。,4、镶钢导轨 镶钢导轨是将淬硬的碳素钢（45）或合金钢导轨，分段地镶装在铸铁或钢制的床身上，以提高导轨的耐磨性。 在铸铁床身上镶装钢导轨常用螺钉或楔块挤紧固定 P152 图3-112,在钢制床身上镶装导轨一般用焊接方法连接。,（二）静压导轨 工作原理 同静压轴承相似，在动导轨面上均匀分布有油腔和封油面，把具有一定压力的液体或气体介质经节流器送至油腔内，使导轨面之间产生一定压力，将动导轨微微抬起，与支承导轨脱离实际接触，浮在压力油膜或气膜上。 图3-113,优点：摩擦系数小，在

12、启动、停止时没有磨损，精度保持性好。 缺点：结构复杂，要求一套专门液压或气压设备，维护调整麻烦。 用途：精密、高精密机床，低速运动机床。 分类：按结构形式分为开式和闭式,（三）卸荷导轨 重型机床工作台或工件重量大，若全由导轨承受，则导轨承载截面很宽，摩擦阻力很大，消耗了驱动功率，产生爬行。 卸荷导轨用来降低轨面的压力，减小摩擦阻力，提高导轨的耐磨性和低速运动平稳性。,1、机械卸荷,图3-115是常用的机械卸荷装置，导轨上的一部分载荷由支承在辅助导轨面a上的滚动轴承承受，卸荷力的大小通过螺钉和碟形弹簧调节，卸荷点的数目由动导轨上的载荷和载荷系数决定。,卸荷系数 表示导轨卸荷量的大小 式中 导轨上

13、一个支承所承受的载荷（N） 导轨上一个支座的卸荷力（N） =0.7大、重型机床 0.5高精度机床,2、液压卸荷导轨 图3116（略） 3、自动调节气压卸荷导轨 图3117（略）,（四）滚动导轨 在静、动导轨面之间放置滚动体如滚珠、滚柱、滚针滚动导轨块组成滚动导轨。图3118,优点：摩擦因数小，动、静摩擦因数很接近，摩擦力小，启动轻便，运动灵敏，不易爬行，磨损小，精度保持性好、寿命长，有较高的重复定位精度，运动平稳，可采用油脂润滑，润滑系统简单。 缺点：抗振性差，结构复杂，成本较高。 应用范围：数控机床，机器人，精密定位微量进给机床。,滚动摩擦系数 0.0250.005 重复定位误差0.2m 滑

14、动静摩擦 0.40.2 重复定位误差1020m 滑动动摩擦系数 0.20.1,1、滚动导轨的类型 滚珠：点接触、承载能力差、 刚度低、 用于小载荷 图3118a 滚柱：线接触、承载能力大、 刚度好、用于大载荷 图3118b 滚针：线接触、常用于 径向载荷小的导轨 图3118c,按滚动体分,循环式 按循环方式分 非循环式 循环式滚动导轨的滚动体在运行过程中，沿自己的工作轨道和返回轨道作连续循环运动,P156图3-119,运动部件的行程不受限制，这种结构装配使用都很方便，防护可靠，应用广泛。 非循环式滚动导轨的滚动体在运行过程中不循环，因而行程有限，运行中滚动体始终同导轨保持接触。 图3118c,

15、材料：滚动体的材料用轴承钢。GCr19 GCr15 GCr15 SiMn 淬火后硬度达到60HRC以上，支承导轨用淬火钢或铸铁制造。 钢导轨承载能力大，耐磨性高，用低碳合金钢20Cr合金结构钢40Cr，合金工具钢T8、T10。 铸铁导轨材料用HT200硬度为200220HBS，适于中小载荷和不需预紧，不承受动载的导轨上。,2、直线滚动导轨副的工作原理 图3-116为数控机床常用的滚动导轨副，它由导轨1和滑块5组成。导轨条是支承导轨，一般有两根，安装在支承件（如床身上），滑块安装在运动部件上，它可沿导轨条作直线运动，每根导轨条上至少有2个滑块，滑块5中装有二组滚珠4，两组滚珠各有自己的工作导轨和

16、返回导轨，当滚珠从工作轨道到滑块的端部时，经端面挡板2和滑块中的返回轨道孔返回，在导轨条和滑块的滚道内连续地循环滚动，为防灰尘进入，采用密封垫3密封。,3、滚动导轨块,图3-120 为滚动导轨块，用滚子作滚动体，导轨2用螺针固定在动导轨体3上，滚动体4在导轨块2与支承导轨5之间滚动，并经两端的挡板1和6及返回轨道返回，连续作循环运动，这种滚动导轨块承载能力大，刚度高，滚动导轨块由专业厂生产，已系列化，模块化。,4、预紧 为提高承载能力，运动精度和刚度，直线滚动导轨和滚动导轨块都可以进行预紧。直线滚动导轨副的预紧分四种情况： 重预载力 F0=0.1Cd 中预载力 F1=0.05Cd Cd额定动载荷 轻预载力 F2=0.025Cd 无预载力 F3 预加载荷方法： a.用调整螺钉、垫块或斜块移动导轨达到预紧实现图3-121 b.利用尺寸差实现预紧,