导轨设计
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:①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3-106
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0.4~0.8μm,硬度在25HRC以 上。
比压<0.6~1×106帕
(厚度在0.1~10mm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
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 H表H示导轨FFH卸w 荷量的大小 式(中N)F—w—导轨上一个支承所承受的载荷
F 力(N)H—— 导轨上一个支座的卸荷
H =0.7大、重型机床 H ≤0.5高精度机床
2、液压卸荷导轨 图3-116(略) 3、自动调节气压卸荷导轨 图3-117(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3-118
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。
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、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
铸铁导轨材料用HT200硬度为 200~220HBS,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。
金属塑料复合导轨板有三层, 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 0.01~0.05mm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(0.04~0.06),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。
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3-103c
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3-104a
图3-113
优点:摩擦系数小,在启动、 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。
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 0.025~0.005 重复 定位误差0.2μm
滑动静摩擦 0.4~0.2 重复定位 误差10~20μm
滑动动摩擦系数 0.2~0.1
1、滚动导轨的类型
滚珠:点接触、承载能力差、
按
刚度低、 用于小载荷
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3-104b 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
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。
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 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。
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3-118c
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。
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。
窄式组合:由一条导轨的两侧 导向 图3-104c
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。
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
(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3-102a
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
(二)回转运动导轨的截面形状 1、平面环形导轨 图3-103a
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3-103b
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 载荷
Cd——额定动
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
滚
图3-118a
动 体
滚柱:线接触、承载能力大、
分
刚度好、用于大载荷
图3-118b
滚针:线接触、常用于
径向载荷小的导轨
图3-118c
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。
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
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。