金属切削机床（第2版）-夏广岚课件 第八章 导轨.ppt

第八章第八章 导轨设计导轨设计第一节第一节 概述概述一、导轨的功用和分类一、导轨的功用和分类 导轨的功用是导向和承载（即支承和引导运动部件沿着导轨的功用是导向和承载（即支承和引导运动部件沿着一定的轨迹准确地运动）一定的轨迹准确地运动）在导轨副在导轨副(如工作台和床身导轨如工作台和床身导轨)中，运动的一方中，运动的一方(如工作如工作台导轨台导轨)叫做动导轨，不动的一方叫做动导轨，不动的一方(如床身导轨如床身导轨)叫做支承导叫做支承导轨为保证单一的导向性，一对导轨副只能用一个自由度为保证单一的导向性，一对导轨副只能用一个自由度1、导轨的分类、导轨的分类 （1）按运动轨迹分按运动轨迹分 分为直线运动导轨和圆周运动导轨分为直线运动导轨和圆周运动导轨2）按运动性质分）按运动性质分 分为主运动导轨、进给运动导轨和移置导轨分为主运动导轨、进给运动导轨和移置导轨其中主运动导轨的动导轨与支承导轨之间，相对运动的其中主运动导轨的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的动导轨与支承导轨之间，相对运速度较高进给运动导轨的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，动的速度较低。

移置导轨只用于调整部件之间的相对位置，移置后固定，在加工时没有相对运动移置后固定，在加工时没有相对运动3）按摩擦性质分）按摩擦性质分 分为滑动导轨和滚动导轨分为滑动导轨和滚动导轨在滑动导轨中有（液体静压导轨）、（液体动压导轨）在滑动导轨中有（液体静压导轨）、（液体动压导轨）和（普通滑动导轨）和（普通滑动导轨）4 4）按受力情况分）按受力情况分 分为分为开式导轨和闭式导轨开式导轨和闭式导轨在重力和外载的条件下，导轨面在全长上可始终贴合的在重力和外载的条件下，导轨面在全长上可始终贴合的叫开始导轨当承受颠覆力矩时，需增加压板形成辅助导轨叫开始导轨当承受颠覆力矩时，需增加压板形成辅助导轨面而使导轨面接触，这种封闭式的导轨叫闭式导轨面而使导轨面接触，这种封闭式的导轨叫闭式导轨二、导轨的基本要求二、导轨的基本要求 1、对导轨的一般要求、对导轨的一般要求 （1）导向精度）导向精度动导轨运动轨迹的准确度动导轨运动轨迹的准确度影响因素：导轨的结构类型，导轨的几何精度，导轨影响因素：导轨的结构类型，导轨的几何精度，导轨的刚度和热变形的刚度和热变形2）精度保持性）精度保持性导轨长期保持原始精度的能力导轨长期保持原始精度的能力 影响因素：主要是磨损，此外还有导轨材料，受力情影响因素：主要是磨损，此外还有导轨材料，受力情况等。

况等3）低速运动平稳性）低速运动平稳性在低速或微量移动时，不出现爬在低速或微量移动时，不出现爬行现象影响因素：导轨的结构、材料和润滑，与动、静摩擦影响因素：导轨的结构、材料和润滑，与动、静摩擦系数的差值，传动导轨运动的系统刚性系数的差值，传动导轨运动的系统刚性4）结构简单、工艺性好结构简单、工艺性好制造、维修方便，镶装导轨更换方便制造、维修方便，镶装导轨更换方便2、对导轨的精度和粗糙度的要求、对导轨的精度和粗糙度的要求 （1）几何精度：）几何精度：A项精度：导轨在竖直平面内的直线度项精度：导轨在竖直平面内的直线度B项精度：导轨在水平平面内的直线度项精度：导轨在水平平面内的直线度C项精度：两导轨面间的平行度（即扭曲）项精度：两导轨面间的平行度（即扭曲）在机床设计手册上有精度检验标准在机床设计手册上有精度检验标准2）接触精度：着色法检验，）接触精度：着色法检验，GB/25375-2010 （3）表面粗糙度：国家给参考表、淬硬导轨和）表面粗糙度：国家给参考表、淬硬导轨和v0.5m/s时，比表上高一级时，比表上高一级3、导轨面的精加工、导轨面的精加工 精加工方法有：精刨（精铣）、磨削和刮研等精加工方法有：精刨（精铣）、磨削和刮研等。

第二节导轨的材料第二节导轨的材料 导轨的材料有：铸铁、钢、有色金属和塑料等导轨的材料有：铸铁、钢、有色金属和塑料等对导轨材料的主要要求：耐磨性高、工艺好和成本低对导轨材料的主要要求：耐磨性高、工艺好和成本低一、导轨材料性能一、导轨材料性能 1、铸铁、铸铁 铸铁是一种成本低，有良好的减振性和耐磨性，易于铸铁是一种成本低，有良好的减振性和耐磨性，易于铸造和切削加工的金属材料，常应用包括灰铸铁、孕育铸造和切削加工的金属材料，常应用包括灰铸铁、孕育铸铁、耐磨铸铁铸铁、耐磨铸铁铸铁导轨的淬火为提高铸铁导轨的表面硬度，增强铸铁导轨的淬火为提高铸铁导轨的表面硬度，增强磨损能力，防止划伤与撕伤提高导轨的耐磨性，对铸铁导磨损能力，防止划伤与撕伤提高导轨的耐磨性，对铸铁导轨进行淬火方法有感应淬火和火焰淬火轨进行淬火方法有感应淬火和火焰淬火2、钢、钢 采用淬火钢或氮化钢的镶钢支承导轨，可大幅度地提高采用淬火钢或氮化钢的镶钢支承导轨，可大幅度地提高导轨的耐磨性（导轨的耐磨性（5-10倍），抗撕伤能力比铸铁强，工艺复杂，倍），抗撕伤能力比铸铁强，工艺复杂，加工困难，成本高，多用在数控机床和加工中心加工困难，成本高，多用在数控机床和加工中心。

3、有色金属、有色金属 耐磨性好，运动平稳性和移动精度高，抗撕裂能力强，耐磨性好，运动平稳性和移动精度高，抗撕裂能力强，多用在重型机床与铸铁支承导轨搭配的动导轨上多用在重型机床与铸铁支承导轨搭配的动导轨上常用的有锡青铜常用的有锡青铜ZQSn6-6-3和铝青铜和铝青铜ZQA19-44、塑料、塑料 摩擦系数低、耐磨性好，抗撕裂能力强，可降低低速运摩擦系数低、耐磨性好，抗撕裂能力强，可降低低速运动的临界转速，加工性和化学稳定性好，工艺简单，成本低，动的临界转速，加工性和化学稳定性好，工艺简单，成本低，常用在动导轨上，可与淬硬的铸铁支承导轨和镶钢的支承导常用在动导轨上，可与淬硬的铸铁支承导轨和镶钢的支承导轨搭配临界转速：与固有频率相一致时的转速临界转速：与固有频率相一致时的转速二、导轨副材料的搭配二、导轨副材料的搭配 在导轨摩擦副中，为了提高耐磨性，动导轨和支承导轨在导轨摩擦副中，为了提高耐磨性，动导轨和支承导轨应具有不同的硬度，可采用不同的材料如果采用相同的材应具有不同的硬度，可采用不同的材料如果采用相同的材料，也应采用不同的热处理使双方具有不同的硬度料，也应采用不同的热处理使双方具有不同的硬度。

导轨的搭配：导轨的搭配：常用的：常用的：镶装氟塑料导轨软带镶装氟塑料导轨软带淬火钢或淬火铸铁淬火钢或淬火铸铁 其次用的：不淬火铸铁其次用的：不淬火铸铁淬火钢或淬火铸铁淬火钢或淬火铸铁 高精度机床用：不淬火耐磨铸铁高精度机床用：不淬火耐磨铸铁不淬火耐磨铸铁不淬火耐磨铸铁 移置导轨和不重要导轨用：普通灰铸铁移置导轨和不重要导轨用：普通灰铸铁普通灰铸铁普通灰铸铁 前者为动导轨，后者为支承导轨除铸铁导轨外，其他前者为动导轨，后者为支承导轨除铸铁导轨外，其他导轨多是镶装的导轨多是镶装的另外：另外：(1).长导轨要求的硬度和耐磨性高（支承导轨）长导轨要求的硬度和耐磨性高（支承导轨）2).圆周运动导轨的支承导轨硬度和耐磨性高圆周运动导轨的支承导轨硬度和耐磨性高3).露在外面的导轨硬度应高一些露在外面的导轨硬度应高一些第三节滑动导轨的结构第三节滑动导轨的结构一、直线运动滑动导轨一、直线运动滑动导轨 1、直线运动滑动导轨的截面形状、直线运动滑动导轨的截面形状 直线运动滑动导轨截面形状主要有三角形、矩形、燕尾直线运动滑动导轨截面形状主要有三角形、矩形、燕尾形和圆形一对导轨副中有凸形导轨和凹形导轨形和圆形一对导轨副中有凸形导轨和凹形导轨。

凸形导轨不易积存润滑油，也不易积存较大的切屑，多凸形导轨不易积存润滑油，也不易积存较大的切屑，多用于移动速度小的部件上相反，凹形导轨具有好的润滑条用于移动速度小的部件上相反，凹形导轨具有好的润滑条件，但须有防屑保护装置，件，但须有防屑保护装置，用于移动速度较大的部件上用于移动速度较大的部件上1）、三角形导轨）、三角形导轨 导向精度高，导轨摩损后可自动补偿，摩擦阻力较大导向精度高，导轨摩损后可自动补偿，摩擦阻力较大顶角越小导向性顶角越小导向性越好，一般常取顶角越好，一般常取顶角为为90，重载机床取较，重载机床取较大的顶角大的顶角2）、矩形导轨；）、矩形导轨；比三角形导轨摩擦阻力小，刚度高，承载能力大，加工检比三角形导轨摩擦阻力小，刚度高，承载能力大，加工检验及维修方便，导向性差，磨损后不能自动补偿间隙验及维修方便，导向性差，磨损后不能自动补偿间隙侧面导向，侧向间隙不能补侧面导向，侧向间隙不能补 偿，要有间隙调整装置偿，要有间隙调整装置3）、燕尾形导轨）、燕尾形导轨 可以用来承受颠覆力矩，高度较小，调整间隙方便，磨损可以用来承受颠覆力矩，高度较小，调整间隙方便，磨损后不能自动补偿，刚性较差，加工检验及维修不方便，摩擦阻后不能自动补偿，刚性较差，加工检验及维修不方便，摩擦阻力大。

力大侧面导向，可看成是三角侧面导向，可看成是三角形导轨的变形，两导轨面间夹形导轨的变形，两导轨面间夹角为角为554）、圆形导轨）、圆形导轨 结构简单，制造方便，不易积存较大的铁屑，刚度小，结构简单，制造方便，不易积存较大的铁屑，刚度小，承载小，磨损后无法调整和补偿间隙，应用较少承载小，磨损后无法调整和补偿间隙，应用较少2、直线运动导轨的组合、直线运动导轨的组合 1）、双三角形导轨）、双三角形导轨 它同时起支承和导向作用，导向性和精度保持性都高，它同时起支承和导向作用，导向性和精度保持性都高，当导轨面有了磨损时会自动下沉补偿磨损量，加工、检验当导轨面有了磨损时会自动下沉补偿磨损量，加工、检验和维修都比较困难多用于精度要求较高的机床，例如丝和维修都比较困难多用于精度要求较高的机床，例如丝杠车床、单柱坐标镗床等顶角杠车床、单柱坐标镗床等顶角常取为常取为90 2）、双矩形导轨）、双矩形导轨 这种导轨主要承受与主支承面相垂直的作用力，承载能力这种导轨主要承受与主支承面相垂直的作用力，承载能力大，刚度高，当量摩擦系数比三角形导轨低，加工、检验和维大，刚度高，当量摩擦系数比三角形导轨低，加工、检验和维修都方便修都方便,但导向性差。

但导向性差双矩形导轨存在窄式组合和宽式组合，由一条导轨的两侧双矩形导轨存在窄式组合和宽式组合，由一条导轨的两侧导向，称为窄式组合；分别由两条导轨的左、右侧面导向，称导向，称为窄式组合；分别由两条导轨的左、右侧面导向，称为宽式组合为宽式组合矩形导轨存在侧向间隙，必须用镶条进行调整导轨受热矩形导轨存在侧向间隙，必须用镶条进行调整导轨受热膨胀时宽式组合比窄式的变形量大，调整时应留较大的侧向间膨胀时宽式组合比窄式的变形量大，调整时应留较大的侧向间隙，因而导向性较差所以，双矩形导轨窄式组合比宽式用得隙，因而导向性较差所以，双矩形导轨窄式组合比宽式用得更多一些更多一些3）、三角形导轨和矩形导轨的组合）、三角形导轨和矩形导轨的组合 三角形和矩形导轨的组合，兼有导向性好、制造方便和三角形和矩形导轨的组合，兼有导向性好、制造方便和刚度高的优点而应用很广例如车床、磨床、龙门刨床、龙刚度高的优点而应用很广例如车床、磨床、龙门刨床、龙门铣床、滚齿机和坐标镗床的导轨副等门铣床、滚齿机和坐标镗床的导轨副等4）、双燕尾形导轨的组合）、双燕尾形导轨的组合 是闭式导轨中接触面最少的一种结构，间隙调整方便，是闭式导轨中接触面最少的一种结构，间隙调整方便，用一条镶条就可以调节各接触面的间隙，常用于牛头刨床和用一条镶条就可以调节各接触面的间隙，常用于牛头刨床和插床等。

插床等5）、矩形和燕尾形导轨的组合）、矩形和燕尾形导轨的组合 由于它兼有调整方便和能承受较大力矩的优点，多用于由于它兼有调整方便和能承受较大力矩的优点，多用于横粱、立柱和摇臂的导轨副等横粱、立柱和摇臂的导轨副等。