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1、第十二章 导轨,内容：机床导轨的功用、分类和应满足的要求及设计步骤；滑动导轨、滚动导轨的设计特点。要求：对机床导轨具有结构分析及初步的设计能力。,导轨副：机床上两相对运动部件的配合面组成一对导轨副。动导轨相对于支承导轨只有一个自由度。,第一节 导轨的功用、分类和应满足的要求,一、导轨的功用和分类1、功用：导向和承载。导轨主要用来支承和引导运动部件沿着一定的轨迹运动。,2、分类：,（1）按运动轨迹分：直线和园周运动导轨（2）按运动性质分：,主运动导轨:动导轨与支承导轨之间，相对运 动的速度较高。,进给运动导轨:动导轨与支承导轨之间，相对运动的速度较低。,移置导轨：只用于调整部件之间的相对位置，移
2、置后固定，在加工时没有相对运动。,（3）按摩擦性质分：,滑动导轨,滚动导轨,静压导轨,动压导轨,普通滑动导轨,（4）按受力状况分：,开式导轨：在部件自重和外载作用下，导轨面在 全长上可以始终贴合的导轨。,闭式导轨：在较大的倾覆力矩时，部件自重不能 使导轨面贴合，必须用压板作为辅助 导轨面保证主导轨面贴合的导轨。,二、导轨应满足的要求,导轨性能的好坏，直接影响机床的加工精度、承载能力和使用寿命。,1、导向精度,导向精度:指动导轨运动轨迹的准确度。它是保证导轨工作质量的前提，是对导轨的基本要求。影响因素:导轨的几何精度和接触精度、结构型式、装配质量、导轨与支承件的刚度、热变形及油膜刚度（指动、静压
3、导轨）。,（1）几何精度 反映了导轨在低速空载运动时的导向精度。直线运动导轨的几何精度:,导轨在竖直平面 内的直线度。导轨在水平平面 内的直线度。两导轨面间的 平行度。,(2)接触精度,磨削和刮研的导轨表面，接触精度按JB2278的规定，采用着色法进行检查。用接触面所占的百分比或2525mm2面积内的接触点数衡量。,2、精度保持性（耐磨性）,影响精度保持性的主要因素是磨损。必须提高导轨的耐磨性，尽可能减小导轨的磨损的不均匀程度（沿导轨全长的均匀和不均匀磨损都会影响其精度），并使磨损后能自动补偿或调整。影响因素：导轨的材料、热处理、加工的工艺方法、磨擦性质及受力情况（即导轨的比压、润滑和防护）等
4、有关。,3、低速运动平稳性,当动导轨作低速运动或微量位移时，应保证导轨运动的平稳性，即不出现爬行现象。进给运动爬行，影响被加工工件的粗糙度、加工精度。定位运动爬行，将降低定位精度。垂直运动不可能出现爬行现象。影响因素：导轨的结构、材料、润滑；动、静摩擦系数的差值；运动部件的质量；传动导轨运动的传动链的刚度等。,消除爬行现象的主要措施：（1）减少动、静摩擦系数的之差和改变动摩擦系数随速度变化的特性。a、用滚动摩擦代替滑动摩擦；b、采用卸荷导轨和静压导轨；c、采用减摩材料；d、采用导轨油。（2）提高传动机构的刚度。,4、结构简单、工艺性好,在可能的情况下，应尽量使导轨结构简单，便于制造和维护。对于
5、刮研导轨，应尽量减少刮研量。对于镶装导轨，应做到更换容易。,第二节 导轨的材料,导轨的材料：铸铁、钢、有色金属、塑料等。对导轨材料的要求：耐磨性高、工艺性好、成本低等。,一、铸铁,1、特点：成本低，有良好的减振性和耐磨性，易于铸造和切削加工。2、材料：灰铸铁HT200。孕育铸铁HT300。耐磨铸铁。3、铸铁导轨的淬火：感应淬火和火焰淬火。目的：提高导轨表面的硬度，提高耐磨性。,二、钢,1、应用：镶钢支承导轨。2、特点：可大幅度地提高导轨的耐磨性。工艺复杂、加工较困难、成本也较高。3、常用材料：45或40Cr，整体淬硬，HRC48。20Cr，渗碳淬硬，HRC60。,三、有色金属,1、应用：用有色
6、金属板材镶装导轨在动导轨上，与铸铁的支承导轨相搭配。2、特点：耐磨性较高，可以防止撕伤和保证运动的平稳性和提高移动精度。3、材料：锡青铜ZQSn663、铝青铜ZQAl9-4、（黄铜H62、H68）。,四、塑料,1、应用：在动导轨上镶装塑料软带。与淬硬的铸铁支承导轨和镶钢支承导轨组成导轨副。2、特点：摩擦系数低、耐磨性高、抗撕伤能力强、低速时不易出现爬行、加工性和化学稳定性好、工艺简单、成本低等优点。3、材料：（1）塑料软带：氟塑料导轨软带（2）三层复合材料的导轨板,五、导轨副材料的选用,1、选用原则：（1）为了提高耐磨性和防止咬焊，动导轨和支承导轨应分别采用不同的材料。如果采用相同的材料，也应
7、采用不同的热处理使双方具有不同的硬度。（2）在直线运动导轨中，长导轨用较耐磨、硬度较高的材料制造。,2、滑动导轨副中，常用材料匹配,（1）动导轨采用镶装氟塑料导轨软带，支承导轨采用淬火钢或淬火铸铁；（2）动导轨采用不淬火铸铁，支承导轨采用淬火钢或淬火铸铁。（3）高精度机床，因需采用刮研进行导轨的精加工，可采用不淬火的耐磨铸铁导轨副。（4）只有移置导轨或不重要的导轨，才采用不淬火的普通灰铸铁导轨副。,第三节 滑动导轨的结构,一、导轨的截面形状与组合 1、直线运动滑动导轨截面形状：主要有三角形、矩形、燕尾形、圆柱形，都有凹凸之分。,三角形导轨：磨损后，能自动补偿间隙，导向精度随其顶角的减小而提高，
8、但顶角的减小使承载能力和刚性下降；三角形导轨的制造工艺较复杂。矩形导轨：承载能力大，刚性较高，形状规则，制造和维修方便；但矩形导轨侧面有间隙，导向精度较低。燕尾形导轨：高度尺寸小，结构紧凑，能承受颠复力矩；但燕尾形导轨磨擦阻力大，制造工艺复杂。圆柱形导轨：导向性好，刚性高；但其制造精度要求较高，磨损后，导轨间隙调整较困难。,2、组合,直线运动导轨一般由两条导轨组合。工作台面宽度3米时，可采用3条或3条以上导轨的组合方式。,二、导轨间隙的调整,导轨接合面之间都存在间隙。间隙过小，增加运动阻力，加速导轨磨损间隙过大，降低导向精度，容易产生振动调整方法：采用镶条和压板。,1、镶条,镶条用来调整矩形导
9、轨和燕尾形导轨的侧隙，以保证导轨面的正常接触。常用的有平镶条和楔形镶条。放在导轨受力较小的一侧。（1）平镶条,（2）楔形镶条,楔形镶条的两个面分别与动导轨和支承导轨均匀接触，所以比平镶条刚度高。楔形镶条的斜度为1100140，镶条越长斜度应越小，以免两端厚度相差太大。,2、压板,压板用于调整辅助导轨面的间隙、承受颠覆力矩。,第四节 滑动导轨的验算,一、概述 导轨的变形主要是接触变形。对于滑动导轨应验算导轨的压强和压强的分布二、导轨的受力分析（图12-8）三、导轨压强（比压）计算的方法和步骤1、按线性分布的导轨压强（常用）2、按非线性分布的导轨压强（一般不用）,第五节 各种滑动导轨的设计特点,一
10、、动压导轨 动导轨的速度越高，越容易形成液体润滑，油楔的承载能力也越大。因此，适用于主运动导轨。1、油腔的结构和尺寸的确定2、开通式油腔与封闭式油腔 先进的机床上同时采用两种油腔，它们相间排列。对开通式油腔供给较多的低压润滑油，其中一部分用于形成动压油楔，其余起冷却和冲洗导轨面的作用。对封闭式油腔供给压强较高的润滑油，用于改善在起动和低速下的工作条件。,二、普通滑动导轨,构造简单，制造方便，抗震性良好，但磨损较快。,三、静压导轨,1、特点与应用（1）优点：静压油膜使导轨面分开，精度保持性好。油膜较厚，有均化误差的作用，可以提高精度。磨擦系数很小，大大降低功率损耗，减少磨擦发热。低速移动准确、均
11、匀，运动平稳性好。抗振性好。（2）缺点：结构比较复杂。增加了一套液压设备。调整比较麻烦。对导轨的平面度要求比较高。,2、导轨和油腔（1）对导轨和供油的技术要求为了使各处的间隙均匀，对导轨的几何精度和接触精度都有较高的要求；导轨及其支承件应有足够的刚度和可靠的防护；导轨的形状应力求简单和工艺性好，开式用三角形与矩形组合；闭式导轨用双矩形组合。由于油路管道较长，常用时间继电器起保护作用。此外，还应注意回油问题。（2）油腔的结构与尺寸直线运动导轨油腔应开在动导轨上，圆周运动的导轨油腔开在支承导轨上。动导轨的长度小于2米以内，开2-4个油腔；2米以上每隔0.5米开一个。,四、卸荷导轨卸荷导轨可以减轻支
12、承导轨的负荷，或相当于降低导轨的静磨擦系数，从而减少磨擦力，提高导轨的而磨性并能减少或防止爬行。1、卸荷系数的确定2、机械卸荷导轨3、液压卸荷导轨4、自动调节气压卸荷导轨,第六节 直线滚动导轨,第七节 导轨的润滑与防护,一、导轨的润滑1、目的：为了降低摩擦力、减少磨损、降低温度和防止生锈。2、要求：润滑油要清洁、油量可以调节、元件要可靠并有安全报警装置。3、方式：（1）人工定期向导轨面浇油。（2）在运动部件上装油杯，使油沿油孔流或滴向导轨面。（3）装手动润滑泵，定时拉动几下供油。（4）采用压力油强制润滑：装润滑电磁泵、安装集中润滑站。,4、为使润滑油在导轨面上较均匀地分布，保证润滑效果，需在导
13、轨面上开出油沟。,5、润滑油的选择,（1）滑动导轨用润滑油。（2）滚动导轨则润滑油、润滑脂都可用。多采用润滑脂润滑。,二、导轨的防护,1、目的：防止或减少导轨副磨损 2、常用的防护方式（1）刮板式,2、伸缩式,（1）软式皮腔式（2）叠层式,3、在滚动导轨与滑动导轨中均可采用两侧的防护措施，,第八节 提高导轨耐磨性的措施,从设计角度提高耐磨性的基本思路是：尽量争取无磨损；在无法避免磨损时尽量争取少磨损；均匀磨损；磨损后能够补偿，以便提高使用期限。,一、争取无磨损,磨损原因：配合面在一定的压强作用下直接接触并作相对运动。不磨损条件：相对运动时不直接接触；接触时则无相对运动。采取措施：不直接接触保证
14、完全的液体润滑，使润滑剂把摩擦面完全分隔开。如静压导轨、静压轴承或其它的静压副。动压导轨和动压轴承也可以达到完全的液体润滑状态，但油膜压强与相对运动速度有关。因此，在起动或停止的过程中仍难免磨损。,二、争取少磨损,1降低压强（1）增加实际接触面积提高导轨面的直线度，细化表面粗糙度；加宽导轨面，加长动 导轨的长度。（2）采用卸荷导轨,2改变摩擦性质用滚动副代替滑动副；在滑动摩擦副中保证充分润滑。3正确选择摩擦副的材料和热处理，可提高抗磨损的能力。如，支承导轨淬硬，动导轨表面贴塑料软带。4加强防护 可避免灰尘、切屑、砂轮屑等进入摩擦副，是提高导轨耐磨性的有效措施。,三、争取均匀磨损,磨损是否均匀对零部件的工作期限影响很大。例如床身导轨，如果磨损是均匀的，对机床加工精度一般影响不大，而且可以补偿。磨损不均匀的原因：在摩擦面上压强分布不均；各个部分的使用机会不同。争取均匀磨损有如下措施：使摩擦面上压强均匀分布。使各部分的使用机会相同，使用机会不均的硬度应高些。,四、磨损后应能补偿磨损量,1、自动连续补偿：可以靠自重，例如三角形导轨。2、定期的人工补偿。如矩形和燕尾形导轨靠调整镶条，闭式导轨还要调整压板等。,
