机床主要部件设计导轨设计

1、机械制造装备设计机械制造装备设计 本本 章章 讲讲 授授 内内 容容 第一节第一节 主轴组件设计主轴组件设计 第二节第二节 支承件设计支承件设计 第三节第三节 导轨设计导轨设计 第四节第四节 滚珠丝杠螺母副机构简介滚珠丝杠螺母副机构简介第四章第四章 机床主要部件设计机床主要部件设计 导轨具有承载和导向功能，且多数导轨的摩擦状态为混合导轨具有承载和导向功能，且多数导轨的摩擦状态为混合摩擦摩擦 机床导轨的质量在一定程度上决定了机床导轨的质量在一定程度上决定了机床的加工精度；机床的加工精度；工作能力和使用寿命。工作能力和使用寿命。1 1）导向精度）导向精度导向精度：导向精度：直线运动导轨的直线运动导

2、轨的直线度直线度（直线性）或者直线性）或者 圆周运动导轨的圆周运动导轨的圆度圆度（真圆性）。（真圆性）。导轨同其它运动件之间相互位置的准确性导轨同其它运动件之间相互位置的准确性影响影响因素：因素： （1 1）导轨的几何精度导轨的几何精度 （2 2）结构形式）结构形式 （3 3）导轨及其支承件的自身刚度）导轨及其支承件的自身刚度 （4 4）油膜刚度）油膜刚度 （5 5）热变形等）热变形等导轨应满足的基本要求导轨应满足的基本要求2 2）精度保持性：）精度保持性：刚度刚度不足，影响部件之间的相对位置精度和导轨的导向不足，影响部件之间的相对位置精度和导轨的导向精度，使导轨面上的比压分布不均，加剧导轨的

3、磨损。精度，使导轨面上的比压分布不均，加剧导轨的磨损。 耐磨性耐磨性导向精度能否长期保持。导轨耐磨性与导轨材导向精度能否长期保持。导轨耐磨性与导轨材料、导轨面的摩擦性质、导轨受力情况及两导轨相对运动速料、导轨面的摩擦性质、导轨受力情况及两导轨相对运动速度等有关。度等有关。导轨应满足的基本要求导轨应满足的基本要求3 3）低速运动平稳性：）低速运动平稳性：保证在作低速运动或微量位移时不出保证在作低速运动或微量位移时不出现不平稳现象。现不平稳现象。 影响影响：使加工表面粗糙度增大；定位运动时的不平稳，：使加工表面粗糙度增大；定位运动时的不平稳，将降低定位精度。将降低定位精度。 影响因素影响因素：导轨

4、的结构和润滑；动、静摩擦系数的差值；：导轨的结构和润滑；动、静摩擦系数的差值；传动动导轨运动的传动系统的刚度等。传动动导轨运动的传动系统的刚度等。导轨应满足的基本要求导轨应满足的基本要求4 4）结构工艺性）结构工艺性 在可能的情况下，应尽量使导轨结构简单，便于制造和在可能的情况下，应尽量使导轨结构简单，便于制造和维护。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。导轨应满足的基本要求导轨应满足的基本要求yx，zxy, 滑动摩擦导轨截面的常用形式滑动摩擦导轨截面的常用形式 凸形导轨凸形导轨 不易存屑、脏物、润

5、滑油，低速使用。不易存屑、脏物、润滑油，低速使用。 凹形导轨凹形导轨 与上相反，高速导轨，需保护装置。与上相反，高速导轨，需保护装置。 滑动导轨滑动导轨磨损的基本形式磨损的基本形式磨粒磨损和咬合磨损；磨粒磨损和咬合磨损；这两种磨损伴随发生，相互联系，相互影响。这两种磨损伴随发生，相互联系，相互影响。磨粒磨损往往是咬合磨损的起因，咬合磨损反过来又磨粒磨损往往是咬合磨损的起因，咬合磨损反过来又会加剧磨粒磨损，只是有时其中一种磨损可能起主要会加剧磨粒磨损，只是有时其中一种磨损可能起主要作用。作用。 滚动导轨滚动导轨疲劳磨损疲劳磨损 要求要求耐磨性好、工艺性好、成本低。耐磨性好、工艺性好、成本低。 常

6、用常用材料材料铸铁、钢、有色金属和塑料，其中铸铁应铸铁、钢、有色金属和塑料，其中铸铁应用最为普遍用最为普遍 为了提高耐磨性和防止咬焊，动导轨和支承导轨应尽为了提高耐磨性和防止咬焊，动导轨和支承导轨应尽量量采用不同的材料采用不同的材料 如果选用相同的材料，也一定要采取不同的热处理方如果选用相同的材料，也一定要采取不同的热处理方式以使其具有式以使其具有不同的硬度不同的硬度。动压导轨动压导轨，是靠导轨之间的相对运动产生的压力油膜将运动，是靠导轨之间的相对运动产生的压力油膜将运动件浮起，把两个导轨面隔离，形成纯液体摩檫。件浮起，把两个导轨面隔离，形成纯液体摩檫。形成导轨面间压力油膜的形成导轨面间压力油

7、膜的条件条件是：两导轨面之间应有锲形间是：两导轨面之间应有锲形间隙和一定的相对速度，此外还需要有一定粘度的润滑油流进隙和一定的相对速度，此外还需要有一定粘度的润滑油流进锲形间隙。锲形间隙。卸荷导轨的卸荷导轨的目的：目的：可以减轻支承导轨的负荷，降低导轨的可以减轻支承导轨的负荷，降低导轨的静摩擦系数，从而提高导轨的耐磨性和低速运动的平稳性，静摩擦系数，从而提高导轨的耐磨性和低速运动的平稳性，提高导轨的运动精度。提高导轨的运动精度。应用：要求精度高和接触刚度高的机床。应用：要求精度高和接触刚度高的机床。导轨的导轨的卸荷方式卸荷方式有液压卸荷、机械卸荷和气压卸荷，液压有液压卸荷、机械卸荷和气压卸荷，

8、液压和机械卸荷应用较多。和机械卸荷应用较多。采用液压卸荷导轨的机床有立式车床、龙门刨床、外圆磨采用液压卸荷导轨的机床有立式车床、龙门刨床、外圆磨床和平面磨床等。床和平面磨床等。采用机械卸荷导轨的机床有普通车床、立式车床、卧式镗采用机械卸荷导轨的机床有普通车床、立式车床、卧式镗床、坐标镗床和仿形铣床等。床、坐标镗床和仿形铣床等。刚度合适的弹簧刚度合适的弹簧 滚动导轨滚动导轨就是在导轨面之间装有一定数量的滚动体，两个导就是在导轨面之间装有一定数量的滚动体，两个导轨面只和滚动体接触，使导轨面之间的摩擦性质成为滚动摩擦。轨面只和滚动体接触，使导轨面之间的摩擦性质成为滚动摩擦。 特点特点：摩擦系数小（：

9、摩擦系数小（0.00250.00250.0050.005），静、动摩擦系数很接），静、动摩擦系数很接近；运动轻便灵活；运动所需功率小；摩擦发热少；磨损小；精近；运动轻便灵活；运动所需功率小；摩擦发热少；磨损小；精度保持性好（钢制淬硬导轨修理期间隔可达度保持性好（钢制淬硬导轨修理期间隔可达10101515年）；低速运年）；低速运动平稳性好，一般没有爬行现象；移动精度和定位精度高（一般动平稳性好，一般没有爬行现象；移动精度和定位精度高（一般重复定位误差约重复定位误差约0.10.10.2m0.2m）；滚动导轨润滑简单（可用油脂润）；滚动导轨润滑简单（可用油脂润滑）；维护方便（只需更换滚动体）；高速运

10、动时不会象滑动导滑）；维护方便（只需更换滚动体）；高速运动时不会象滑动导轨那样因动压效应而浮起。轨那样因动压效应而浮起。 缺点：缺点：结构较复杂，制造比较困难，成本比较高；刚度较低；结构较复杂，制造比较困难，成本比较高；刚度较低；抗振性较差；对脏物比较敏感，必须有良好的防护装置。抗振性较差；对脏物比较敏感，必须有良好的防护装置。滚动导轨广泛应用滚动导轨广泛应用 需要实现精密位移的机床，如坐标镗床、数控机床、仿形机需要实现精密位移的机床，如坐标镗床、数控机床、仿形机床。床。 外圆磨床砂轮架为实现微量进给：外圆磨床砂轮架为实现微量进给： 工具磨床为手摇工作台轻便；工具磨床为手摇工作台轻便； 立式车

11、床为提高速度；立式车床为提高速度； 平面平面磨床工作台导轨为防止高速移动时产生浮起，以提高加磨床工作台导轨为防止高速移动时产生浮起，以提高加工精度；工精度； 大型外圆磨床工作台导轨为了减轻阻力和减少发热等也采用大型外圆磨床工作台导轨为了减轻阻力和减少发热等也采用滚动导轨。滚动导轨。结构形式结构形式 直线运动滚动导轨直线运动滚动导轨 滚动体不作循环运动滚动体不作循环运动滚珠、滚柱、滚针滚珠、滚柱、滚针 滚动体作循环运动滚动体作循环运动直线滚动导轨副、滚动导轨直线滚动导轨副、滚动导轨块块 圆周运动滚动导轨圆周运动滚动导轨 滚珠、滚柱滚珠、滚柱 滚珠导轨结构紧凑，容易制造，成本较低滚珠导轨结构紧凑，

12、容易制造，成本较低 导轨表面属于点接触，刚度低，承载能力较小导轨表面属于点接触，刚度低，承载能力较小 适用于载荷较小的机床适用于载荷较小的机床滚柱导轨滚柱导轨承载能力和刚度都比滚珠承载能力和刚度都比滚珠导轨大导轨大应用：载荷较大的机床，应用：载荷较大的机床，应用最广泛应用最广泛对导轨不平行度（扭曲）对导轨不平行度（扭曲）要求较高，否则要造成滚要求较高，否则要造成滚柱的偏移和侧向滑动，使柱的偏移和侧向滑动，使导轨磨损加剧和降低精度。导轨磨损加剧和降低精度。因此，滚柱最好做成腰鼓因此，滚柱最好做成腰鼓形，中间直径比两端大形，中间直径比两端大0.02mm0.02mm左右。左右。滚针导轨滚针导轨滚针导

13、轨的特点是滚针直径小，导轨结构紧凑滚针导轨的特点是滚针直径小，导轨结构紧凑与滚柱导轨相比，在同样长度内可以排列更多的滚针，与滚柱导轨相比，在同样长度内可以排列更多的滚针，因而承载能力较大，但摩擦力大一些。因而承载能力较大，但摩擦力大一些。适用于结构尺寸受限制的场合。适用于结构尺寸受限制的场合。 直到弹簧力刚刚大于直到弹簧力刚刚大于F F时，时，3 3才开始运动，动摩擦力随着动才开始运动，动摩擦力随着动摩擦系数的降低而变小，摩擦系数的降低而变小，3 3的速度相应增大，同时弹簧相应伸的速度相应增大，同时弹簧相应伸长，作用在长，作用在3 3上的弹簧力逐渐减小，上的弹簧力逐渐减小，3 3产生负加速度，速度降低，产生负加速度，速度降低，动摩擦力相应增大，速度逐渐下降，直到动摩擦力相应增大，速度逐渐下降，直到3 3停止运动，主动件停止运动，主动件1 1这时再重新压缩弹簧，爬行现象进入下一个周期。这时再重新压缩弹簧，爬行现象进入下一个周期。 对于一个运动系统，当高于某一速度时，不会