導(dǎo)軌設(shè)計(jì)課件

§3.8導(dǎo)軌設(shè)計(jì)

一、導(dǎo)軌的功用和應(yīng)滿(mǎn)足的

基本要求

（一）導(dǎo)軌的功用和分類(lèi)

功用:

承受載荷和導(dǎo)向。承受安裝在導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)部件及工件的質(zhì)量和切削力，運(yùn)動(dòng)部件（刀架）可沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。動(dòng)導(dǎo)軌:運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌靜導(dǎo)軌:不動(dòng)的導(dǎo)軌（或支承導(dǎo)軌）成對(duì)使用I分類(lèi)按結(jié)構(gòu)形式分：①開(kāi)式導(dǎo)軌②閉式導(dǎo)軌

開(kāi)式導(dǎo)軌：指在部件自重和載荷的作用下，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌的工作面（圖3-98a中c、d面）始終保持接觸、貼合。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但不能承受較大的顛覆力矩的作用。普通滑動(dòng)導(dǎo)軌

滑動(dòng)導(dǎo)軌靜壓導(dǎo)軌II按摩擦性質(zhì)分卸荷導(dǎo)軌

滾動(dòng)導(dǎo)軌（二）導(dǎo)軌應(yīng)滿(mǎn)足的基本要求導(dǎo)軌應(yīng)滿(mǎn)足精度高、承載能力大、剛度好、摩擦阻力小、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、精度保持性好、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好、便于加工、裝配調(diào)整和維修、成本低。

1、導(dǎo)向精度指動(dòng)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)軌跡的準(zhǔn)確度主要影響因素：導(dǎo)軌的幾何精度和接觸精度，結(jié)構(gòu)形式、裝配質(zhì)量、導(dǎo)軌與支承件剛度和熱變形、油膜剛度。2、承載能力大，剛度好，根據(jù)承受載荷的性質(zhì)，方向和大小，合理選擇導(dǎo)軌的截面形狀和尺寸，使導(dǎo)軌有足夠的剛度，保證機(jī)床的加工精度。4、低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)動(dòng)導(dǎo)軌作低速運(yùn)動(dòng)或微量進(jìn)給時(shí)，運(yùn)動(dòng)始終平穩(wěn)，不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。影響因素：導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)形式、潤(rùn)滑情況、靜、動(dòng)摩擦系數(shù)之差。5、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好，易于加工1、

矩形導(dǎo)軌

圖3－102a2、三角形軌圖3－102b三角形導(dǎo)軌面磨損時(shí)，動(dòng)導(dǎo)軌會(huì)自動(dòng)下沉，自動(dòng)補(bǔ)償磨損量，無(wú)間隙頂角α在90°~120°范圍內(nèi)變化，α角越小，導(dǎo)向性越好，但摩擦力越大。因此小頂角導(dǎo)軌用于輕載精密機(jī)床，大頂角導(dǎo)軌用于大、重型機(jī)床。三角形導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)有對(duì)稱(chēng)式和不對(duì)稱(chēng)式，當(dāng)水平力大于垂直力、兩側(cè)壓力分布不均時(shí)，采用不對(duì)稱(chēng)導(dǎo)軌。

3、燕尾形導(dǎo)軌燕尾形導(dǎo)軌可承受較大顛覆力矩，導(dǎo)軌的高度較小，結(jié)構(gòu)緊湊，間隙調(diào)整方便，但剛度較差，加工、檢驗(yàn)、維修不大方便。適用于受力小、層次多，要求間隙調(diào)整方便的部件。4、圓柱形導(dǎo)軌圓柱形導(dǎo)軌制造方便，工藝性好，但磨損后較難調(diào)整和補(bǔ)償間隙，主要用于受軸向負(fù)荷的導(dǎo)軌，應(yīng)用較少。四種截面的導(dǎo)軌尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化（二）回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的截面形狀1、平面環(huán)形導(dǎo)軌圖3－103a2、錐面環(huán)形導(dǎo)軌圖3－103b

除能承受軸向載荷外，還能承受一定的徑向載荷，不能承受較大的顛覆力矩，導(dǎo)向性比平面環(huán)形導(dǎo)軌好，但制造困難。3、雙錐面導(dǎo)軌圖3－103c雙錐面導(dǎo)軌能承受較大的徑向力、軸向力、一定的顛覆力矩，但制造研磨較困難。雙三角形導(dǎo)軌不需要鑲條調(diào)整間隙，接觸剛度好，導(dǎo)向性和精度保持性好，但工藝性差，加工、檢驗(yàn)、維修不便，用于精度高的機(jī)床，如絲杠車(chē)床，導(dǎo)軌磨床，齒輪磨床。2、雙矩形導(dǎo)軌圖3－104b承載能力大，制造簡(jiǎn)單，多用在普通精度機(jī)床和重型機(jī)床中，如重型車(chē)床，組合車(chē)床，升降臺(tái)銑床。寬式組合：由兩條導(dǎo)軌的外側(cè)導(dǎo)向，側(cè)向間隙較大，用鑲條調(diào)整窄式組合：由一條導(dǎo)軌的兩側(cè)導(dǎo)向圖3－104c（四）導(dǎo)軌間隙的調(diào)整導(dǎo)軌面間的間隙對(duì)機(jī)床工作性能有直接影響，如間隙過(guò)大，將影響運(yùn)動(dòng)精度和平穩(wěn)性，間隙過(guò)小、運(yùn)動(dòng)阻力大，導(dǎo)軌的磨損加快。為保證導(dǎo)軌具有合理間隙，磨損后又能方便地調(diào)整。

1、壓板壓板用來(lái)調(diào)整輔助導(dǎo)軌面的間隙，承受顛覆力矩，用配刮墊片來(lái)調(diào)整間隙②斜鑲條斜度為1：（40~100），兩個(gè)面分別與動(dòng)導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌均勻接觸，剛度高，通過(guò)修磨墊的方式移動(dòng)鑲條，以調(diào)整導(dǎo)軌的間隙。圖3－107

3、導(dǎo)向調(diào)整板導(dǎo)向調(diào)整板是一種新型鑲條圖3－108圖3-109圖3-110三、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)類(lèi)型及特點(diǎn)（一）滑動(dòng)導(dǎo)軌從摩擦性質(zhì)來(lái)看，滑動(dòng)導(dǎo)軌具有一定動(dòng)壓效應(yīng)的混合摩擦狀態(tài)。導(dǎo)軌的動(dòng)壓效應(yīng)主要與導(dǎo)軌的滑動(dòng)速度，潤(rùn)滑油粘度、導(dǎo)軌面的油溝尺寸和型式等有關(guān)。速度較高的主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，如立式車(chē)床的工作臺(tái)導(dǎo)軌，應(yīng)合理地設(shè)計(jì)油溝型式和尺寸，選擇合適粘度的潤(rùn)滑油，以產(chǎn)生較好的動(dòng)壓效果。（注：當(dāng)一個(gè)表面在多孔端面上滑動(dòng)時(shí)，會(huì)在孔的上方及其周邊產(chǎn)生流體動(dòng)壓力，這就是流體動(dòng)壓效應(yīng)。）

滑動(dòng)導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，抗振性良好。滑動(dòng)導(dǎo)軌的缺點(diǎn)：磨損快。為提高耐磨性,常采用以下措施:1、粘貼塑料軟帶導(dǎo)軌采用較多的粘貼塑料軟帶是以聚四氟乙烯為基體，添加各種無(wú)機(jī)物和有機(jī)粉末等填料。

特點(diǎn)：摩擦因數(shù)小，耗能低，動(dòng)、靜摩擦因數(shù)接近，低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，阻尼特性好，能吸振，抗振性好，耐磨性好，有自潤(rùn)滑作用，沒(méi)潤(rùn)滑油也能正常工作，使用壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，磨損后易更換，經(jīng)濟(jì)性好。

缺點(diǎn)；剛性差，受力后產(chǎn)生變形，對(duì)精度要求高的機(jī)床有影響。粘貼塑料軟帶一般粘貼在較短的動(dòng)導(dǎo)軌上，表面開(kāi)直線形或三字形油槽，配對(duì)金屬導(dǎo)軌面的粗糙度要求在0.4~0.8μm，硬度在25HRC以上。比壓<0.6~1×106帕（厚度在0.1~10mm環(huán)氧樹(shù)脂室溫24小時(shí)，厚的用埋頭螺釘固定）

2、金屬塑料復(fù)合導(dǎo)軌金屬塑料復(fù)合導(dǎo)軌板有三層，內(nèi)層為鋼板，它保證導(dǎo)軌板機(jī)械強(qiáng)度和承載能力，鋼板上燒結(jié)一層多孔青銅，形成多孔中間層，在青銅間隙中壓入聚四氟乙烯及其它填料。圖3-111塑料可提高導(dǎo)軌板的導(dǎo)熱性,當(dāng)青銅與配合面摩擦發(fā)熱，熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)大于金屬的聚四氟乙烯及其它填料從多孔層中的孔隙中擠出，向摩擦表面轉(zhuǎn)移補(bǔ)充，形成表面厚約0.01~0.05mm的表面自潤(rùn)滑塑料層。這種復(fù)合板與鑄鐵導(dǎo)軌組合，靜摩擦因數(shù)?。?.04~0.06），摩擦阻力顯著降低，具有良好的阻尼特性，良好的低速平穩(wěn)性，成本低，剛度高。

3、塑料涂層應(yīng)用較多的有環(huán)氧涂層，含氟涂層，HNT耐磨涂層，它們以環(huán)氧樹(shù)脂為基體，加固體滑潤(rùn)劑二硫化鉬和膠體石墨及其它鐵粉填充劑而成，這種涂層有較高的耐磨性，硬度，強(qiáng)度，導(dǎo)熱率；在無(wú)潤(rùn)滑油的情況下，能防止爬行，改善導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)特性，特別是低速平穩(wěn)性。

4、鑲鋼導(dǎo)軌鑲鋼導(dǎo)軌是將淬硬的碳素鋼（45）或合金鋼導(dǎo)軌，分段地鑲裝在鑄鐵或鋼制的床身上，以提高導(dǎo)軌的耐磨性。在鑄鐵床身上鑲裝鋼導(dǎo)軌常用螺釘或楔塊擠緊固定P152圖3-112

在鋼制床身上鑲裝導(dǎo)軌一般用焊接方法連接。

（二）靜壓導(dǎo)軌工作原理同靜壓軸承相似，在動(dòng)導(dǎo)軌面上均勻分布有油腔和封油面，把具有一定壓力的液體或氣體介質(zhì)經(jīng)節(jié)流器送至油腔內(nèi)，使導(dǎo)軌面之間產(chǎn)生一定壓力，將動(dòng)導(dǎo)軌微微抬起，與支承導(dǎo)軌脫離實(shí)際接觸，浮在壓力油膜或氣膜上。圖3-113優(yōu)點(diǎn)：摩擦系數(shù)小，在啟動(dòng)、停止時(shí)沒(méi)有磨損，精度保持性好。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求一套專(zhuān)門(mén)液壓或氣壓設(shè)備，維護(hù)調(diào)整麻煩。用途：精密、高精密機(jī)床，低速運(yùn)動(dòng)機(jī)床。分類(lèi)：按結(jié)構(gòu)形式分為開(kāi)式和閉式

（三）卸荷導(dǎo)軌重型機(jī)床工作臺(tái)或工件重量大，若全由導(dǎo)軌承受，則導(dǎo)軌承載截面很寬，摩擦阻力很大，消耗了驅(qū)動(dòng)功率，產(chǎn)生爬行。卸荷導(dǎo)軌用來(lái)降低軌面的壓力，減小摩擦阻力，提高導(dǎo)軌的耐磨性和低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。

1、機(jī)械卸荷圖3-115是常用的機(jī)械卸荷裝置，導(dǎo)軌上的一部分載荷由支承在輔助導(dǎo)軌面a上的滾動(dòng)軸承承受，卸荷力的大小通過(guò)螺釘和碟形彈簧調(diào)節(jié)，卸荷點(diǎn)的數(shù)目由動(dòng)導(dǎo)軌上的載荷和載荷系數(shù)決定。

卸荷系數(shù)表示導(dǎo)軌卸荷量的大小

式中——導(dǎo)軌上一個(gè)支承所承受的載荷（N）——導(dǎo)軌上一個(gè)支座的卸荷力（N）=0.7大、重型機(jī)床 ≤0.5高精度機(jī)床2、液壓卸荷導(dǎo)軌圖3－116（略）3、自動(dòng)調(diào)節(jié)氣壓卸荷導(dǎo)軌

圖3－117（略）

（四）滾動(dòng)導(dǎo)軌在靜、動(dòng)導(dǎo)軌面之間放置滾動(dòng)體如滾珠、滾柱、滾針滾動(dòng)導(dǎo)軌塊組成滾動(dòng)導(dǎo)軌。圖3－118優(yōu)點(diǎn)：摩擦因數(shù)小，動(dòng)、靜摩擦因數(shù)很接近，摩擦力小，啟動(dòng)輕便，運(yùn)動(dòng)靈敏，不易爬行，磨損小，精度保持性好、壽命長(zhǎng)，有較高的重復(fù)定位精度，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，可采用油脂潤(rùn)滑，潤(rùn)滑系統(tǒng)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：抗振性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。應(yīng)用范圍：數(shù)控機(jī)床，機(jī)器人，精密定位微量進(jìn)給機(jī)床。

滾動(dòng)摩擦系數(shù)0.025~0.005重復(fù)定位誤差0.2μm滑動(dòng)靜摩擦0.4~0.2重復(fù)定位誤差10~20μm滑動(dòng)動(dòng)摩擦系數(shù)0.2~0.1

1、滾動(dòng)導(dǎo)軌的類(lèi)型滾珠：點(diǎn)接觸、承載能力差、剛度低、用于小載荷圖3－118a滾柱：線接觸、承載能力大、剛度好、用于大載荷

圖3－118b

滾針：線接觸、常用于徑向載荷小的導(dǎo)軌圖3－118c

按滾動(dòng)體分循環(huán)式按循環(huán)方式分非循環(huán)式循環(huán)式滾動(dòng)導(dǎo)軌的滾動(dòng)體在運(yùn)行過(guò)程中，沿自己的工作軌道和返回軌道作連續(xù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)P156圖3-119

運(yùn)動(dòng)部件的行程不受限制，這種結(jié)構(gòu)裝配使用都很方便，防護(hù)可靠，應(yīng)用廣泛。非循環(huán)式滾動(dòng)導(dǎo)軌的滾動(dòng)體在運(yùn)行過(guò)程中不循環(huán)，因而行程有限，運(yùn)行中滾動(dòng)體始終同導(dǎo)軌保持接觸。圖3－118c

材料：滾動(dòng)體的材料用軸承鋼。GCr19GCr15GCr15SiMn淬火后硬度達(dá)到60HRC以上，支承導(dǎo)軌用淬火鋼或鑄鐵制造。鋼導(dǎo)軌承載能力大，耐磨性高，用低碳合金鋼20Cr合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr，合金工具鋼T8、T10。鑄鐵導(dǎo)軌材料用HT200硬度為200~220HBS，適于中小載荷和不需預(yù)緊，不承受動(dòng)載的導(dǎo)軌上。

2、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的工作原理圖3-116為數(shù)控機(jī)床常用的滾動(dòng)導(dǎo)軌副，它由導(dǎo)軌1和滑塊5組成。導(dǎo)軌條是支承導(dǎo)軌，一般有兩根，安裝在支承件（如床身上），滑塊安裝在運(yùn)動(dòng)部件上，它可沿導(dǎo)軌條作直線運(yùn)動(dòng)，每根導(dǎo)軌條上至少有2個(gè)滑塊，滑塊5中裝有二組滾珠4，兩組滾珠各有自己的工作導(dǎo)軌和返回導(dǎo)軌，當(dāng)滾珠從工作軌道到滑塊的端部時(shí)，經(jīng)端面擋板2和滑塊中的返回軌道孔返回，在導(dǎo)軌條和滑塊的滾道內(nèi)連續(xù)地循環(huán)滾動(dòng)，為防灰塵進(jìn)入，采用密封墊3密封。

3、滾動(dòng)導(dǎo)軌塊圖3-120為滾動(dòng)導(dǎo)軌塊，用滾子作滾動(dòng)體，導(dǎo)軌2用螺針固定在動(dòng)導(dǎo)軌體3上，滾動(dòng)體4在導(dǎo)軌塊2與支承導(dǎo)軌5之間滾動(dòng)，并經(jīng)兩端的擋板1和6及返回軌道返回，連續(xù)作循環(huán)運(yùn)動(dòng)，這種滾動(dòng)導(dǎo)軌塊承載能力大，剛度高，滾動(dòng)導(dǎo)軌塊由專(zhuān)業(yè)廠生產(chǎn)，已系列化，模塊化。