机床课件导轨

1、内容：内容： 机床导轨的功用、分类和应满足的要机床导轨的功用、分类和应满足的要 求及设计步骤；求及设计步骤； 滑动导轨、滚动导轨的设计特点。滑动导轨、滚动导轨的设计特点。 要求：要求： 对机床导轨具有结构分析及初步的设对机床导轨具有结构分析及初步的设 计能力。计能力。 导轨副：导轨副： 机床上两相对运动部件的配合面组成一机床上两相对运动部件的配合面组成一 对对导轨副。导轨副。 动导轨相对于支承导轨动导轨相对于支承导轨只有一个自由度。只有一个自由度。 动导轨：动导轨：在导轨副中，运动的一方。在导轨副中，运动的一方。 支承导轨：支承导轨：在导轨副中，不动的一方。在导轨副中，不动的一方。 一、一、导

2、轨的功用和分类导轨的功用和分类 1、功用：、功用：导向和承载。导向和承载。 导轨主要用来导轨主要用来支承和支承和 引导运动部件沿着一引导运动部件沿着一 定的轨迹运动。定的轨迹运动。 （1）按运动轨迹分：）按运动轨迹分：直线和园周直线和园周运动导轨运动导轨 （2）按运动性质分：）按运动性质分： 主运动导轨主运动导轨: :动导轨与支承导轨之间，相对运动导轨与支承导轨之间，相对运 动的速度较高。动的速度较高。 进给运动导轨进给运动导轨:动导轨与支承导轨之间，相对动导轨与支承导轨之间，相对 运动的速度较低。运动的速度较低。 移置导轨移置导轨：只用于调整部件之间的相对位置，只用于调整部件之间的相对位置，

3、 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。 滑动导轨滑动导轨 滚动导轨滚动导轨 静压导轨静压导轨 动压导轨动压导轨 普通滑动导轨普通滑动导轨 开式导轨：开式导轨：在部件自重和外载作用下，导轨面在部件自重和外载作用下，导轨面 在在 全长上可以始终贴合的导轨。全长上可以始终贴合的导轨。 闭式导轨：闭式导轨：在较大的倾覆力矩时，部件自重不能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导轨面保证主导轨面贴合的导轨。 导向精度导向精度 精度保持性精度保持性 低速运动平稳性低速运动平稳性 结构简

4、单、工艺性好结构简单、工艺性好 导轨性能的好坏，直接影响机床的加导轨性能的好坏，直接影响机床的加 工精度、承载能力和使用寿命。工精度、承载能力和使用寿命。 1、导向精度、导向精度 导向精度导向精度:指动导轨运动轨迹的准确度。指动导轨运动轨迹的准确度。 它它 是保证导轨工作质量的前提，是对导轨的基是保证导轨工作质量的前提，是对导轨的基 本要求。本要求。 影响因素影响因素:导轨的几何精度和接触精度、结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、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、静压导轨）热变形及油膜刚度（指动、静压导轨） 。 导轨在竖直平面导轨

5、在竖直平面 内的直线度内的直线度 。 导轨在水平平面导轨在水平平面 内的直线度内的直线度 。 两导轨面间的两导轨面间的 平行度。平行度。 磨削和刮研的导轨表面，接触精度按磨削和刮研的导轨表面，接触精度按jb2278 的规定，采用的规定，采用着色法着色法进行检查。用接触面所进行检查。用接触面所 占的百分比或占的百分比或2525mm2面积内的接触点数面积内的接触点数 衡量。衡量。 影响影响精度保持性的主要精度保持性的主要因素因素是是磨损磨损。 必须提高导轨的耐磨性，尽可能必须提高导轨的耐磨性，尽可能减小减小导轨的磨损导轨的磨损 的的不均匀程度不均匀程度（沿导轨全长的均匀和不均匀磨损（沿导轨全长的均

6、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都会影响其精度），并使磨损后能自动补偿或调 整。整。 影响因素：影响因素：导轨的材料、热处理、加工的工艺方导轨的材料、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、润滑法、磨擦性质及受力情况（即导轨的比压、润滑 和防护）等有关。和防护）等有关。 当动导轨作当动导轨作低速运动低速运动或或微量位移微量位移时，应保证时，应保证 导轨运动的导轨运动的平稳性平稳性，即不出现，即不出现爬行爬行现象。现象。 进给运动爬行，影响被加工工件的粗糙度、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。加工精度。定

7、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。垂直运动不可能出现爬行现象。 影响因素：影响因素：导轨的结构、材料、润滑；动、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。导轨运动的传动链的刚度等。 消除爬行现象的主要措施：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。摩擦系数随速度变化的特性。 a、用滚动摩擦代替滑动摩擦；、用滚动摩擦代替滑动摩擦； b、采用卸荷导轨和静压导轨；、采用卸荷导轨和静压导轨； c、采用减摩材

8、料；、采用减摩材料； d、采用导轨油。、采用导轨油。 （2）提高传动机构的刚度。提高传动机构的刚度。 在可能的情况下，应尽量使导轨结构简单，在可能的情况下，应尽量使导轨结构简单， 便于制造和维护。便于制造和维护。 对于刮研导轨，应尽量减少刮研量。对于刮研导轨，应尽量减少刮研量。 对于镶装导轨，应做到更换容易。对于镶装导轨，应做到更换容易。 导轨的材料：导轨的材料：铸铁、钢、有色金属、塑料铸铁、钢、有色金属、塑料 等。等。 对导轨材料的要求：对导轨材料的要求：耐磨性高、工艺性好、耐磨性高、工艺性好、 成本低成本低等。等。 1、特点：、特点：成本低，有良好的减振性和耐磨性，易成本低，有良好的减振性

9、和耐磨性，易 于铸造和切削加工。于铸造和切削加工。 2、材料：、材料： 灰铸铁灰铸铁ht200。 孕育铸铁孕育铸铁ht300。 耐磨铸铁。耐磨铸铁。 3、铸铁导轨的淬火：、铸铁导轨的淬火：感应淬火和火焰淬火感应淬火和火焰淬火 。 目的：目的：提高导轨表面的硬度，提高耐磨性。提高导轨表面的硬度，提高耐磨性。 1、应用：、应用：镶钢支承导轨。镶钢支承导轨。 2、特点：、特点：可大幅度地提高导轨的耐磨性。工艺复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。杂、加工较困难、成本也较高。 3、常用材料：、常用材料： 45或或40cr，整体淬硬，整体淬硬， hrc48。 20cr，渗碳淬

10、硬，渗碳淬硬， hrc60。 1、应用：、应用：用有色金属板材用有色金属板材镶装导轨在动导轨上镶装导轨在动导轨上， 与铸铁的支承导轨相搭配。与铸铁的支承导轨相搭配。 2、特点：、特点：耐磨性较高，可以防止撕伤和保证运动耐磨性较高，可以防止撕伤和保证运动 的平稳性和提高移动精度。的平稳性和提高移动精度。 3、材料：、材料：锡青铜锡青铜zqsn6zqsn66 63 3、铝青铜、铝青铜zqal9-4zqal9-4、 （黄铜（黄铜h62h62、h68h68）。）。 1、应用：、应用：在在动导轨上镶装塑料软带动导轨上镶装塑料软带。与淬硬。与淬硬 的铸铁支承导轨和镶钢支承导轨组成导轨的铸铁支承导轨和镶钢支

11、承导轨组成导轨 副。副。 2、特点：、特点：摩擦系数低、耐磨性高、抗撕伤能摩擦系数低、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。学稳定性好、工艺简单、成本低等优点。 3、材料：、材料： （1）塑料软带：氟塑料导轨软带）塑料软带：氟塑料导轨软带 （2）三层复合材料的导轨板）三层复合材料的导轨板 1、选用原则：、选用原则： （1）为了提高耐磨性和防止咬焊，）为了提高耐磨性和防止咬焊，动导轨和支承动导轨和支承 导轨应分别采用不同的材料。导轨应分别采用不同的材料。 如果采用相同的材料，也应如果采用相同的材料，也应采

12、用不同的热处理采用不同的热处理 使双方具有不同的硬度。使双方具有不同的硬度。 （2）在直线运动导轨中，）在直线运动导轨中，长导轨用较耐磨、硬度长导轨用较耐磨、硬度 较高的材料制造。较高的材料制造。 （1）动导轨）动导轨采用采用镶装氟塑料导轨软带镶装氟塑料导轨软带，支承导轨支承导轨 采用采用淬火钢或淬火铸铁；淬火钢或淬火铸铁； （2）动导轨）动导轨采用采用不淬火铸铁不淬火铸铁，支承导轨支承导轨采用采用淬火淬火 钢或淬火铸铁。钢或淬火铸铁。 （3）高精度机床，）高精度机床，因需采用刮研进行导轨的精加因需采用刮研进行导轨的精加 工，可采用工，可采用不淬火的耐磨铸铁导轨副不淬火的耐磨铸铁导轨副。 （4

13、）只有只有移置导轨或不重要的导轨移置导轨或不重要的导轨，才采用，才采用不淬不淬 火的普通灰铸铁导轨副。火的普通灰铸铁导轨副。 一、导轨的截面形状与组合一、导轨的截面形状与组合 1、直线运动滑动导轨截面形状：、直线运动滑动导轨截面形状：主要有主要有三角三角 形、矩形、燕尾形、圆柱形，都有凹凸之分。形、矩形、燕尾形、圆柱形，都有凹凸之分。 三角形导轨：三角形导轨：磨损后，能自动补偿间隙，导向精磨损后，能自动补偿间隙，导向精 度随其顶角的减小而提高，但顶角的减小使承载度随其顶角的减小而提高，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。能力和刚性下降；三角形导轨的制造工艺较复杂。

14、矩形导轨：矩形导轨：承载能力大，刚性较高，形状规则，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，导向制造和维修方便；但矩形导轨侧面有间隙，导向 精度较低。精度较低。 燕尾形导轨：燕尾形导轨：高度尺寸小，结构紧凑，能承受颠高度尺寸小，结构紧凑，能承受颠 复力矩；但燕尾形导轨磨擦阻力大，制造工艺复复力矩；但燕尾形导轨磨擦阻力大，制造工艺复 杂。杂。 圆柱形导轨：圆柱形导轨：导向性好，刚性高；但其制造精度导向性好，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。要求较高，磨损后，导轨间隙调整较困难。 直线运动导轨一般由两条导轨组合。直线运动导轨一般由两条导轨组

15、合。工作台面宽度工作台面宽度 3米时，可采用米时，可采用3条或条或3条以上导轨的组合方式。条以上导轨的组合方式。 导轨接合面之间都存在间隙。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，容易产生振动间隙过大，降低导向精度，容易产生振动 调整方法：采用调整方法：采用镶条和压板。镶条和压板。 镶条用来镶条用来调整调整矩形导轨和燕尾形导轨的矩形导轨和燕尾形导轨的侧侧 隙隙，以保证导轨面的正常接触。，以保证导轨面的正常接触。 常用的有常用的有平镶条和楔形镶条平镶条和楔形镶条。 放在导轨受力较小的一侧放在导轨受力较小的一侧

16、。 （1）平镶条）平镶条 楔形镶条的两个面分别与楔形镶条的两个面分别与 动导轨和支承导轨均匀接动导轨和支承导轨均匀接 触，所以比平镶条刚度高。触，所以比平镶条刚度高。 楔形镶条的斜度为楔形镶条的斜度为 1 1001 40，镶条越，镶条越 长斜度应越小，以免两端长斜度应越小，以免两端 厚度相差太大。厚度相差太大。 压板用于压板用于调整辅助导轨面的间隙、承受颠覆调整辅助导轨面的间隙、承受颠覆 力矩力矩 。 第四节第四节 滑动导轨的验算滑动导轨的验算 一、概述一、概述 导轨的变形主要是接触变形。对于滑动导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轨应验算导轨的压强和压强的分

17、布 二、导轨的受力分析二、导轨的受力分析（图（图12-8） 三、导轨压强（比压）计算的方法和步骤三、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）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）按非线性分布的导轨压强（一般不用） 第五节第五节 各种滑动导轨的设计特点各种滑动导轨的设计特点 一、动压导轨一、动压导轨 动导轨的速度越高，越容易形成液体润滑，油楔动导轨的速度越高，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。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、油腔的结构和尺寸的确定 2、开通式油腔与封闭

18、式油腔、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。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。善在起动和低速下的工作条件。 二、普通滑动导轨二、普通滑动导轨 构造简单，制造方便，抗震性良好，但磨构造简单，制造方便，抗震性良好，但磨 损较快。损较快。 三、静压导轨三、静压导轨

19、 1、特点与应用、特点与应用 （1）优点：）优点： 静压油膜使导轨面分开，精度保持性好。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。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。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、均匀，运动平稳性好。低速移动准确、均匀，运动平稳性好。 抗振性好。抗振性好。 （2）缺点：）缺点： 结构比较复杂。结构比较复杂。 增加了一套液压设备。增加了一套液压设备。 调整比较麻烦。调整比较麻烦。 对导轨的平面度要求比较高。对导轨的平面度要求比较高。 2、导轨和油腔、导轨和油

20、腔 （1）对导轨和供油的技术要求）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；闭式导轨用双矩性好，开式用三角形与矩形组合；闭式导轨用双矩 形组合。形组合。 由于油路管道较长，常用时间继电器起保护作用。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。此外，还应注意回油问题。 （2）油腔的结构与尺寸）

21、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。轨油腔开在支承导轨上。 动导轨的长度小于动导轨的长度小于2米以内，开米以内，开2-4个油腔；个油腔；2米以米以 上每隔上每隔0.5米开一个。米开一个。 四、卸荷导轨四、卸荷导轨 u卸荷导轨可以减轻支承导轨的负荷，或相卸荷导轨可以减轻支承导轨的负荷，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擦力，提高导轨的而磨性并能减少或防止 爬行。爬行。 1、卸荷系数的确定卸荷系数的确定 2、机械卸荷导轨机械

22、卸荷导轨 3、液压卸荷导轨液压卸荷导轨 4、自动调节气压卸荷导轨自动调节气压卸荷导轨 第六节第六节 一、导轨的润滑一、导轨的润滑 1、目的：、目的：为了为了降低摩擦力降低摩擦力、减少磨损减少磨损、降低温度降低温度 和和防止生锈防止生锈。 2、要求：、要求：润滑油要清洁、油量可以调节、元件要润滑油要清洁、油量可以调节、元件要 可靠并有安全报警装置。可靠并有安全报警装置。 3、方式：、方式： （1）人工定期人工定期向导轨面向导轨面浇油浇油。 （2）在运动部件上装）在运动部件上装油杯油杯，使油沿油孔流或滴向，使油沿油孔流或滴向 导轨面。导轨面。 （3）装）装手动润滑泵手动润滑泵，定时拉动几下供油。，

23、定时拉动几下供油。 （4 4）采用）采用压力油强制润滑：压力油强制润滑：装装润滑电磁泵润滑电磁泵 、安装、安装 集中润滑站。集中润滑站。 4、为使润滑油为使润滑油 在导轨面上较在导轨面上较 均匀地分布，均匀地分布， 保证润滑效果，保证润滑效果， 需在需在导轨面上导轨面上 开出油沟开出油沟。 （1）滑动导轨滑动导轨用用润滑油润滑油。 （2）滚动导轨滚动导轨则润滑油、润滑脂都可用。多则润滑油、润滑脂都可用。多 采用采用润滑脂润滑脂润滑。润滑。 1、目的：、目的：防止或减少导轨副磨损防止或减少导轨副磨损 2、常用的防护方式、常用的防护方式 （1）刮板式）刮板式 （1）软式皮腔式）软式皮腔式 （2）叠

24、层式）叠层式 从设计角度提高耐磨性的基本思路是：从设计角度提高耐磨性的基本思路是： 尽量尽量争取无磨损争取无磨损； 在无法避免磨损时尽量在无法避免磨损时尽量争取少磨损争取少磨损； 均匀磨损均匀磨损； 磨损后能够补偿磨损后能够补偿，以便提高使用期限。，以便提高使用期限。 u磨损原因：磨损原因：配合面在一定的压强作用下配合面在一定的压强作用下直接接触直接接触 并作相对运动并作相对运动。 u不磨损条件：不磨损条件：相对运动时不直接接触相对运动时不直接接触； 接触时则无相对运动。接触时则无相对运动。 u采取措施：采取措施：不直接接触不直接接触保证完全的液体润滑，保证完全的液体润滑， 使润滑剂把摩擦面完全分隔开。使润滑剂把摩擦面完全分隔开。 如静压导轨、静压轴承或其它的如静压导轨、静压轴承或其它的静压副静压副。 动压导轨动压导轨和动压轴承也可以达到完全的液体润滑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，状态