第4章 导轨设计

1、机械制造装备设计 第第4 4章章 导轨设计导轨设计 机械工程系丁金福第4章 导轨设计重点：导轨结构，导轨的验算重点：导轨结构，导轨的验算难点：导轨的验算难点：导轨的验算 第4章 导轨设计一、导轨的功用、分类和基本要求一、导轨的功用、分类和基本要求1 1、功功用用：是起导向及支承作用，即保证运动部件在外力的作用下是起导向及支承作用，即保证运动部件在外力的作用下( (运运 动动部件本身的重量、工件重量、切削力及牵引力等部件本身的重量、工件重量、切削力及牵引力等) )能能准确准确 地地沿着一定方向的运动沿着一定方向的运动。2 2、基本组成、基本组成: : 运动件、承导件运动件、承导件 承承导件导件

2、( (静导轨静导轨) : ) : 导轨副中设在支承构件上的，其导轨面为承导导轨副中设在支承构件上的，其导轨面为承导 面，比较长。支承和限制运动件，使其只能按面，比较长。支承和限制运动件，使其只能按 给定方向运动。给定方向运动。 运动件（运动件（动导轨动导轨） : : 设在运动件上的，导轨面一般较短。作直线设在运动件上的，导轨面一般较短。作直线 运动。运动。 第4章 导轨设计3 3、导轨的导向原理、导轨的导向原理（保留一个移动自由度保留一个移动自由度） 导轨的导向面导轨的导向面 棱柱面棱柱面圆柱面圆柱面xyz 第4章 导轨设计二、导轨的分类二、导轨的分类1 1、按摩擦性质分、按摩擦性质分滑动导轨

3、滑动导轨两导轨面间的两导轨面间的摩擦性质是滑摩擦性质是滑动摩擦动摩擦静压导轨静压导轨 ：油膜压强靠液压泵建立，油膜压强靠液压泵建立，两导轨面间有一层静压油膜，多用于两导轨面间有一层静压油膜，多用于进给运动导轨。进给运动导轨。 动压导轨：动压导轨：当导轨面间的相对滑动当导轨面间的相对滑动速度达到一定值后，液体的动压效应速度达到一定值后，液体的动压效应使导轨油腔处出现压力油楔，把两导使导轨油腔处出现压力油楔，把两导轨面分开，从而形成液体摩擦。只能轨面分开，从而形成液体摩擦。只能用于高速的场合，故仅用作主运动导用于高速的场合，故仅用作主运动导轨。轨。 普通滑动导轨普通滑动导轨 第4章 导轨设计滚动导

4、轨滚动导轨滚珠导轨滚珠导轨滚柱导轨滚柱导轨滚针导轨滚针导轨滚动轴承导轨滚动轴承导轨两导轨面间两导轨面间的摩擦性质的摩擦性质是滚动摩擦是滚动摩擦在两导轨面间装有球、滚子或滚针等滚动元件，具在两导轨面间装有球、滚子或滚针等滚动元件，具有滚动摩擦的性质，广泛地应用于进给运动导轨和有滚动摩擦的性质，广泛地应用于进给运动导轨和旋转主运动导轨。旋转主运动导轨。 第4章 导轨设计2 2、按受力情况分、按受力情况分必须借助于外力才必须借助于外力才能保证动、静导轨能保证动、静导轨面间的接触面间的接触开式导轨开式导轨闭式导轨闭式导轨依靠导轨本身的几依靠导轨本身的几何形状保证动、静何形状保证动、静导轨面间的接触导轨

5、面间的接触 第4章 导轨设计n3、校运动轨迹可分为直线运动和圆周运动导轨。、校运动轨迹可分为直线运动和圆周运动导轨。 第4章 导轨设计导向精度导向精度 精度保持性精度保持性 运动精度运动精度 足够的刚度足够的刚度 结构工艺性好结构工艺性好 三、导轨的基本要求三、导轨的基本要求u指动导轨运动轨迹的准确度。指动导轨运动轨迹的准确度。 它是它是保证导轨工作质量的前提，是对导保证导轨工作质量的前提，是对导轨的基本要求。轨的基本要求。u影响因素影响因素:导轨的导轨的几何精度几何精度和和接触精接触精度度、结构型式、装配质量、导轨与、结构型式、装配质量、导轨与支承件的刚度、热变形及油膜刚度支承件的刚度、热变

6、形及油膜刚度（指动、（指动、静压导轨静压导轨）。）。导轨低速运动或微量位移时不出导轨低速运动或微量位移时不出现爬行现象。现爬行现象。 基本要求基本要求 基基本本要要求求其他其他方面方面低速运动低速运动平稳性平稳性刚刚 度度耐磨耐磨性性导向导向精度精度垂直面内的直线度垂直面内的直线度 水平面内的直线度水平面内的直线度 两导轨之间平行度两导轨之间平行度 运动部件沿导轨运动运动部件沿导轨运动时的准确度。时的准确度。 在长期使用中保持其在长期使用中保持其导向精度的能力。导向精度的能力。 导轨在外载荷作用下抵抗变形的导轨在外载荷作用下抵抗变形的能力。能力。 结构简单、工艺性好结构简单、工艺性好。 第4章

7、 导轨设计 u导轨在竖直平面导轨在竖直平面 内的直线度内的直线度 。u导轨在水平平面导轨在水平平面 内的直线度内的直线度 。u两导轨面间的两导轨面间的 平行度。平行度。 第4章 导轨设计u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，采用着色法进行检查。用的规定，采用着色法进行检查。用接触面所占的百分比或接触面所占的百分比或2525mm2面积内面积内的接触点数衡量。的接触点数衡量。 第4章 导轨设计导向精度导向精度 精度保持性精度保持性 低速平稳性低速平稳性足够的刚度足够的刚度 结构工艺性好结构工艺性好 三、导轨的基本要求三、导轨的基本要求u影响影响精度保

8、持性的主要精度保持性的主要因素因素是是磨损磨损。 u影响因素：影响因素：导轨的材料、热处导轨的材料、热处理、加工的工艺方法、磨擦性理、加工的工艺方法、磨擦性质及受力情况（即导轨的比压、质及受力情况（即导轨的比压、润滑和防护）等有关。润滑和防护）等有关。 第4章 导轨设计导向精度导向精度 精度保持性精度保持性 低速平稳性低速平稳性足够的刚度足够的刚度 结构工艺性好结构工艺性好 三、导轨的基本要求三、导轨的基本要求u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，时，应保证导轨运动的应保证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。u影响因素：影响因素：导轨的结构、材

9、料、润滑；导轨的结构、材料、润滑；动、静摩擦系数的差值；运动部件的动、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质量；传动导轨运动的传动链的刚度等。等。 第4章 导轨设计导向精度导向精度 精度保持性精度保持性 低速平稳性低速平稳性足够的刚度足够的刚度 结构工艺性好结构工艺性好 三、导轨的基本要求三、导轨的基本要求导轨的刚度是机床工作质量的重导轨的刚度是机床工作质量的重要指标，要指标，它表示导轨在承受动静它表示导轨在承受动静载荷下抵抗变形的能力载荷下抵抗变形的能力，若刚度，若刚度不足，则直接影响部件之间的相不足，则直接影响部件之间的相对位置精度和导向精度，另外还对位置精度和导向

10、精度，另外还使得导轨面上的比压分布不均，使得导轨面上的比压分布不均，加重导轨的磨损，因此导轨必须加重导轨的磨损，因此导轨必须具有足够的刚度具有足够的刚度 第4章 导轨设计导向精度导向精度 精度保持性精度保持性 低速平稳性低速平稳性足够的刚度足够的刚度 结构工艺性好结构工艺性好 三、导轨的基本要求三、导轨的基本要求u在可能的情况下，应尽量使导在可能的情况下，应尽量使导轨结构简单，便于制造和维护。轨结构简单，便于制造和维护。u对于刮研导轨，应尽量减少刮对于刮研导轨，应尽量减少刮研量。研量。u对于镶装导轨，应做到更换容对于镶装导轨，应做到更换容易。易。导轨的分类导轨的分类F按运动轨迹分类按运动轨迹分

11、类F按工作性质分类按工作性质分类F按摩擦性质分类按摩擦性质分类F按受力情况分类按受力情况分类直线运动导轨直线运动导轨圆周运动导轨圆周运动导轨主运动导轨主运动导轨进给运动导轨进给运动导轨移置导轨移置导轨滑动导轨滑动导轨滚动导轨滚动导轨开式导轨开式导轨闭式导轨闭式导轨液体动压导轨液体动压导轨液体静压导轨液体静压导轨混合摩擦导轨混合摩擦导轨边界摩擦导轨边界摩擦导轨：不能承受较大颠覆力矩的作用：不能承受较大颠覆力矩的作用：借助于压板使导轨能承受较大：借助于压板使导轨能承受较大 的颠覆力矩作用。的颠覆力矩作用。 第4章 导轨设计 机械工程系四、常用机床导轨四、常用机床导轨1、滑动导轨、滑动导轨 应用于对

12、低速均匀性及定位精度要求不高的机床中应用于对低速均匀性及定位精度要求不高的机床中。（1）滑动导轨的结构）滑动导轨的结构1）直线滑动导轨）直线滑动导轨 的截面形状的截面形状 矩形导轨。矩形导轨。 三角形导轨。三角形导轨。 燕尾形导轨。燕尾形导轨。 圆柱形导轨圆柱形导轨 第4章 导轨设计 机械工程系矩形导轨。矩形导轨。 制造简便，刚度和承载能力大，制造简便，刚度和承载能力大，水平方向和垂直方向上的位移互不水平方向和垂直方向上的位移互不影响，因此安装、调整都较方便。影响，因此安装、调整都较方便。M面面是保证在垂直面内直线移动精是保证在垂直面内直线移动精度的导向面，又是承受载荷的主要度的导向面，又是承

13、受载荷的主要支承面；支承面；N面面是保证水平面内直线是保证水平面内直线移动精度的导向面。因移动精度的导向面。因N面磨损后面磨损后不能自动补偿间隙不能自动补偿间隙，所以需要有间，所以需要有间隙调整装置。隙调整装置。 第4章 导轨设计 机械工程系三角形导轨三角形导轨 山形导轨及山形导轨及V形导轨均称三角形形导轨均称三角形导轨，当其水平布置时，在垂直载荷导轨，当其水平布置时，在垂直载荷作用下，导轨磨损后能自动补偿，不作用下，导轨磨损后能自动补偿，不会产生间隙，因此导向性好。但压板会产生间隙，因此导向性好。但压板面仍需要有间隙调整装置。导向性能面仍需要有间隙调整装置。导向性能与顶角有关，顶角与顶角有关

14、，顶角越小，导向性越越小，导向性越好；好；角加大，承载能力增加。大型角加大，承载能力增加。大型或重型机床，可取或重型机床，可取=110120精精密机床，常取密机床，常取90。支承导轨为。支承导轨为凸三角形时，不易积存较大切屑，也凸三角形时，不易积存较大切屑，也不易存润滑油。不易存润滑油。 第4章 导轨设计 机械工程系燕尾形导轨。燕尾形导轨。 可以看成是三角形导轨的变形。可以看成是三角形导轨的变形。其磨损后不能自动补偿间隙，需用镶条其磨损后不能自动补偿间隙，需用镶条调整。两燕尾面起压板面作用，用一根调整。两燕尾面起压板面作用，用一根镶条就可调整水平、垂直方向的间隙。镶条就可调整水平、垂直方向的间

15、隙。导轨制造、检验和修理较复杂，摩擦阻导轨制造、检验和修理较复杂，摩擦阻力大。当承受垂直作用力时，它以支承力大。当承受垂直作用力时，它以支承平面为主要工作面，它的刚度与矩形导平面为主要工作面，它的刚度与矩形导轨相近；当承受颠覆力矩时，其斜面为轨相近；当承受颠覆力矩时，其斜面为主要工作面，刚度较低。燕尾形导轨一主要工作面，刚度较低。燕尾形导轨一般用于要求高度小的多层移动部件。两般用于要求高度小的多层移动部件。两个导轨面间的夹角为个导轨面间的夹角为55。 第4章 导轨设计圆柱形导轨。圆柱形导轨。 制造简单，内孔可珩磨，外圆制造简单，内孔可珩磨，外圆经过磨削可达到精密配合，但磨经过磨削可达到精密配合

16、，但磨损后调整间隙困难。为防止转动，损后调整间隙困难。为防止转动，可在圆柱表面上开键槽或加工出可在圆柱表面上开键槽或加工出平面，但不能承受大的转矩。圆平面，但不能承受大的转矩。圆柱形导轨主要用于受轴向载荷的柱形导轨主要用于受轴向载荷的场合，适用于同时作直线运动和场合，适用于同时作直线运动和转动的场合，如拉床、珩磨机及转动的场合，如拉床、珩磨机及机械手等。机械手等。类型矩 形三 角 形燕 尾 形圆 形特点v制造简单，刚度和承载能力大；v水平方向和垂直方向上的位移互不影响，安装、调整方便；v导向面磨损后不能自动补偿间隙。v在垂直载荷作用下，导轨磨损后能自动补偿，导向性好；v压板面需有间隙调整装置；

17、v顶角增大，承载力增加，但导向精度差。v磨损后不能自动补偿间隙，需用间隙调整装置；v两燕尾面起压板面作用，用一根镶条就可调整水平、垂直方向的间隙；v导轨制造、检验和修理较复杂v摩擦阻力大。v制造简单，内孔可珩磨，外圆经过磨削可达到精密配合；v磨损后调整间隙困难。应用普通精度的机床或重型机床。同左一般用于要求高度小的多层移动组合部件，广泛用于仪表机床。用于同时作移动和转动的场合。如拉床、机械手等。不同截面形状导轨的特点不同截面形状导轨的特点 第4章 导轨设计2）直线运动导轨的组合形式）直线运动导轨的组合形式 从限制自由度的角度出发，采用一条导轨即可。从限制自由度的角度出发，采用一条导轨即可。用一

18、条导轨，移动部件无法承受颠覆力矩。用一条导轨，移动部件无法承受颠覆力矩。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合。重型机床，常用三条或三条以上导轨的组合。重型机床，常用三条或三条以上导轨的组合。 第4章 导轨设计2）直线运动导轨的组合形式）直线运动导轨的组合形式 双三角形组合。双三角形组合。 双矩形组合。双矩形组合。 V形一平导轨组合。形一平导轨组合。 三角形一矩形组合。三角形一矩形组合。 平平三角形组平平三角形组合合。 第4章 导轨设计2）直线运动导轨的组合形式）直线运动导轨的组合形式 双三角双三角 形组合。形组合。 这种导轨同时起支承、导向作用，磨损后相对位置不变，这

19、种导轨同时起支承、导向作用，磨损后相对位置不变，能自行补偿垂直方向及水平方向的磨损，导向精度高，但能自行补偿垂直方向及水平方向的磨损，导向精度高，但要求四个表面的刮削或磨削后接触，工艺性较差，床身与要求四个表面的刮削或磨削后接触，工艺性较差，床身与运动部件热变形不一样时，不易保证四个面同时接触。这运动部件热变形不一样时，不易保证四个面同时接触。这种导轨用于龙门刨床与高精度车床。种导轨用于龙门刨床与高精度车床。 第4章 导轨设计2）直线运动导轨的组合形式）直线运动导轨的组合形式 V形一平导形一平导 轨组合。轨组合。 不需要用镶条调整间隙，导向精度高，加工装配也较不需要用镶条调整间隙，导向精度高，

20、加工装配也较方便，温度变化不会改变导轨面的接触情况，但热变形会方便，温度变化不会改变导轨面的接触情况，但热变形会使移动部件水平偏移，通常用于磨床、精密镗床上。使移动部件水平偏移，通常用于磨床、精密镗床上。 第4章 导轨设计2）直线运动导轨的组合形式）直线运动导轨的组合形式 双矩形组合。双矩形组合。 这种导轨主要承受与主支承面相垂直的作用力。此外，这种导轨主要承受与主支承面相垂直的作用力。此外，侧导向面要用镶条调整间隙，接触刚度低，承载能力大，侧导向面要用镶条调整间隙，接触刚度低，承载能力大，导向性差。双矩形组合导轨制造、调整简单，用于普通精导向性差。双矩形组合导轨制造、调整简单，用于普通精度机

21、床，如升降台铣床、龙门铣床等。度机床，如升降台铣床、龙门铣床等。 第4章 导轨设计2）直线运动导轨的组合形式）直线运动导轨的组合形式 三角形一矩形组合。三角形一矩形组合。 三角形一矩形组合导轨兼有导向性好、制造方便等优三角形一矩形组合导轨兼有导向性好、制造方便等优点，应用最为广泛。常用于车床、磨床、精密镗床、滚齿点，应用最为广泛。常用于车床、磨床、精密镗床、滚齿机等机床上。三角形导轨作主要导向面，导向性比双矩形机等机床上。三角形导轨作主要导向面，导向性比双矩形好。三角形导轨磨损后不能调整，对位置精度有影响。好。三角形导轨磨损后不能调整，对位置精度有影响。 第4章 导轨设计2）直线运动导轨的组合

22、形式）直线运动导轨的组合形式 平平三平平三 角形组合角形组合 是用于重型龙门刨床工作台导轨的一种形式，三角形导轨主是用于重型龙门刨床工作台导轨的一种形式，三角形导轨主要起导向作用，平导轨主要起承载作用，不需用镶条调整间隙。要起导向作用，平导轨主要起承载作用，不需用镶条调整间隙。 第4章 导轨设计3）圆周运动导轨）圆周运动导轨平面圆环导轨平面圆环导轨 。 锥形圆环导轨锥形圆环导轨 。 V形圆环导轨形圆环导轨 。 主要用于圆形工作台、转盘和转塔头架等旋转运动部件。主要用于圆形工作台、转盘和转塔头架等旋转运动部件。 第4章 导轨设计 数控机床常用直线运动滑动导轨的截面形状的组合数控机床常用直线运动滑

23、动导轨的截面形状的组合形式形式主要主要有：有：、。这两种导轨。这两种导轨的刚度高，承载能力强，加工、检验和维修方便。的刚度高，承载能力强，加工、检验和维修方便。 第4章 导轨设计工作台由一工作台由一条导轨的两条导轨的两侧导向侧导向由两条导由两条导轨的内侧轨的内侧导向导向宽导轨导向面的距离较大，热膨胀时变形量大，宽导轨导向面的距离较大，热膨胀时变形量大，须留较大的侧向间隙，因而导向性不如窄式好。须留较大的侧向间隙，因而导向性不如窄式好。 第4章 导轨设计 目前数控机床使用的导轨主目前数控机床使用的导轨主要有要有3 3种：种：、和和五、数控机床常用的导轨五、数控机床常用的导轨 第4章 导轨设计1、

24、塑料滑动导轨、塑料滑动导轨 传统的铸铁传统的铸铁-铸铁滑动导轨，除经济型数控铸铁滑动导轨，除经济型数控机床外，其它数控机床已不在采用。取而代之机床外，其它数控机床已不在采用。取而代之的是铸铁的是铸铁-塑料或镶钢塑料或镶钢-塑料滑动导轨。塑料滑动导轨。 塑料导轨常用在导轨副的运动导轨上，与塑料导轨常用在导轨副的运动导轨上，与之相配的是铸铁或钢质导轨。之相配的是铸铁或钢质导轨。 数控机床上常用聚四氟乙烯导轨软带和数控机床上常用聚四氟乙烯导轨软带和环氧耐磨涂层导轨两类。环氧耐磨涂层导轨两类。 第4章 导轨设计1）贴塑导轨）贴塑导轨 贴塑导轨是在导轨滑动面上贴一层抗磨塑料软带。贴塑导轨是在导轨滑动面上

25、贴一层抗磨塑料软带。 贴塑导轨软带以贴塑导轨软带以聚四氟乙烯（聚四氟乙烯（PTFE）为基材，青铜粉、二为基材，青铜粉、二硫化钼和石墨等填充剂混合制成，并做成软带状。聚四氟乙烯硫化钼和石墨等填充剂混合制成，并做成软带状。聚四氟乙烯是现有材料中摩擦因数最小（是现有材料中摩擦因数最小（0.04）的一种，但纯的聚四氟乙）的一种，但纯的聚四氟乙烯不耐磨，因此需要添加一些填充剂。烯不耐磨，因此需要添加一些填充剂。 塑料软带可切成任意大小和形状，塑料软带可切成任意大小和形状，用粘结剂粘接在导轨基面上，由用粘结剂粘接在导轨基面上，由于这类导轨软带用粘接方法，习于这类导轨软带用粘接方法，习惯上称贴塑导轨。惯上称

26、贴塑导轨。 第4章 导轨设计 （1）聚四氟乙烯导轨软带的特点：）聚四氟乙烯导轨软带的特点： 摩擦特性好摩擦特性好 其摩擦因数小，且动、静摩擦因数差别很小，低速其摩擦因数小，且动、静摩擦因数差别很小，低速时能防止爬行，使运动平稳和获得高的定位精度。时能防止爬行，使运动平稳和获得高的定位精度。 减振性好减振性好 塑料的阻尼特性好，其减振消音性能对提高摩擦副塑料的阻尼特性好，其减振消音性能对提高摩擦副的相对运动速度有很大意义。的相对运动速度有很大意义。 第4章 导轨设计耐磨性好耐磨性好塑料导轨有自润滑作用，材料中又含有青铜粉、二塑料导轨有自润滑作用，材料中又含有青铜粉、二硫化钼和石墨等，对润滑油的供

27、油量要求不高，无润硫化钼和石墨等，对润滑油的供油量要求不高，无润滑油也能工作。滑油也能工作。化学稳定性好化学稳定性好 塑料导轨耐低温，耐强酸、强碱、强氧化剂及各塑料导轨耐低温，耐强酸、强碱、强氧化剂及各种有机溶剂，具有很好的化学稳定性。种有机溶剂，具有很好的化学稳定性。 第4章 导轨设计 工艺性好工艺性好 可降低对粘贴塑料的金属基体的硬度和表面质可降低对粘贴塑料的金属基体的硬度和表面质量的要求，且塑料易于加工，能获得优良的导轨量的要求，且塑料易于加工，能获得优良的导轨表面质量。表面质量。 由于聚四氟乙烯导轨软带具有这些优点，所以由于聚四氟乙烯导轨软带具有这些优点，所以被广泛应用于中、小型数控机

28、床的运动导轨上。被广泛应用于中、小型数控机床的运动导轨上。 第4章 导轨设计（2）导轨软带的粘贴工艺）导轨软带的粘贴工艺 导轨软带使用工艺很简单，它不受导轨形式限制，各导轨软带使用工艺很简单，它不受导轨形式限制，各种组合形式的滑动导轨均可粘贴。种组合形式的滑动导轨均可粘贴。 粘贴的工艺过程是：先将导轨粘贴面加工至表面粗粘贴的工艺过程是：先将导轨粘贴面加工至表面粗糙度糙度Ra3.2Ra3.21.61.6，将导轨粘贴面加工成，将导轨粘贴面加工成0.50.51mm1mm深的凹槽，深的凹槽，然后用汽油或金属清洁剂或丙酮清洗粘贴面，将已经切割成然后用汽油或金属清洁剂或丙酮清洗粘贴面，将已经切割成形的导轨

29、软带清洗后用胶粘剂粘贴，固化形的导轨软带清洗后用胶粘剂粘贴，固化1 12h2h后，再合拢后，再合拢到固定导轨或专用夹具上，施加一定的压力，在室温下固化到固定导轨或专用夹具上，施加一定的压力，在室温下固化24h24h，取下清除余胶即可开油槽进行精加工。由于这类导轨，取下清除余胶即可开油槽进行精加工。由于这类导轨采用粘接方法，习惯称为采用粘接方法，习惯称为“贴塑导轨贴塑导轨”。 第4章 导轨设计贴塑导轨贴塑导轨 第4章 导轨设计2）注塑导轨）注塑导轨 涂层是以环氧树脂和二硫化钼为基体，加入增塑剂，涂层是以环氧树脂和二硫化钼为基体，加入增塑剂，混合成液状或膏状为一组份，以固化剂为另一组份的双组混合成

30、液状或膏状为一组份，以固化剂为另一组份的双组份塑料涂层。份塑料涂层。特点：特点： 有良好的可加工性，可经车、铣、刨、钻、磨削和有良好的可加工性，可经车、铣、刨、钻、磨削和刮削加工；刮削加工； 良好的摩擦特性和耐磨性，而且抗压强度比聚四氟良好的摩擦特性和耐磨性，而且抗压强度比聚四氟乙烯导轨软带要高，固化时体积不收缩，尺寸稳定。乙烯导轨软带要高，固化时体积不收缩，尺寸稳定。 可在调整好固定导轨和运动导轨间的相关位置精度可在调整好固定导轨和运动导轨间的相关位置精度后注入涂料，这样可节省后注入涂料，这样可节省 许多加工工时。许多加工工时。 它特别适用于重型机床和不能用导轨软带的复杂配它特别适用于重型机

31、床和不能用导轨软带的复杂配合型面。合型面。 第4章 导轨设计 首先，将导轨涂层表面粗刨或粗铣成如图首先，将导轨涂层表面粗刨或粗铣成如图 所示的粗糙表面，以保证有良好所示的粗糙表面，以保证有良好的粘附力。然后，与塑料导轨相配的金属导轨面的粘附力。然后，与塑料导轨相配的金属导轨面 （ 或模具或模具 ）用溶剂清洗后涂上）用溶剂清洗后涂上一薄层硅油或专用脱模剂，以防与耐磨涂层粘接。将按配方加入固化剂调好的耐一薄层硅油或专用脱模剂，以防与耐磨涂层粘接。将按配方加入固化剂调好的耐磨涂层材料抹于导轨面上，然后叠合在金属导轨面磨涂层材料抹于导轨面上，然后叠合在金属导轨面 （ 或模具或模具 ） 上进行固化。叠上

32、进行固化。叠合前可放置形成油槽、油腔用的模板，固化合前可放置形成油槽、油腔用的模板，固化 24 小时后，即可将两导轨分离。涂小时后，即可将两导轨分离。涂层硬化三天后可进行下一步加工。涂层层硬化三天后可进行下一步加工。涂层面的厚度及导轨面与其他表面的相对位面的厚度及导轨面与其他表面的相对位置精度可借助置精度可借助 等高块或专用夹具保证。等高块或专用夹具保证。由于这类塑料导轨采用由于这类塑料导轨采用 涂刮或涂刮或 注入膏状注入膏状塑料的方法，故习惯上称为塑料的方法，故习惯上称为“涂塑导轨涂塑导轨”或或“注塑导轨注塑导轨”。注塑工艺注塑工艺 第4章 导轨设计4.2 滑动导轨4.2.1 4.2.1 导

33、轨的材料导轨的材料 导轨的材料有导轨的材料有铸铁、钢、有色金属和塑料铸铁、钢、有色金属和塑料等。等。其主要要求是：耐磨性好、工艺性好和成本低。对于塑料其主要要求是：耐磨性好、工艺性好和成本低。对于塑料镶装导轨的材料，还应保证：在温度升高（主运动导轨镶装导轨的材料，还应保证：在温度升高（主运动导轨120120150150，进给导轨，进给导轨6060）和空气湿度增大时的尺寸稳）和空气湿度增大时的尺寸稳定性；在静载压力达到定性；在静载压力达到5Mpa5Mpa时，不发生蠕变；塑料的线膨时，不发生蠕变；塑料的线膨胀系数应与铸铁接近。胀系数应与铸铁接近。 在导轨配偶副中，为了提高耐磨性和防止咬焊，动导轨和

34、在导轨配偶副中，为了提高耐磨性和防止咬焊，动导轨和支承导轨应尽量采用不同材料。如果采用相同材料，也应支承导轨应尽量采用不同材料。如果采用相同材料，也应采用不同的热处理使双方具有不同的硬度。一般说来动导采用不同的热处理使双方具有不同的硬度。一般说来动导轨的硬度比支承导轨的硬度约低轨的硬度比支承导轨的硬度约低HB15HB154545为宜。为宜。 导轨材料的搭配有如下几种：铸铁铸铁、铸铁淬火铸导轨材料的搭配有如下几种：铸铁铸铁、铸铁淬火铸铁、铸铁淬火钢、有色金属铸铁、塑料铸铁、淬火铁、铸铁淬火钢、有色金属铸铁、塑料铸铁、淬火钢淬火钢等，前者为动导轨，后者支承导轨。除铸铁导钢淬火钢等，前者为动导轨，后

35、者支承导轨。除铸铁导轨外，其它导轨均为镶装的。轨外，其它导轨均为镶装的。1 1、应用：、应用：镶钢支承导轨。镶钢支承导轨。2 2、特点：、特点：可大幅度地提高导轨的耐磨性。工艺复杂、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。加工较困难、成本也较高。3 3、常用材料：、常用材料：4545或或40Cr40Cr，整体淬硬，整体淬硬， HRC48HRC48。 20Cr20Cr，渗碳淬硬，渗碳淬硬， HRC60HRC60。 1 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 2、特点：、特点：耐磨

36、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 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 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承导轨组成导轨副。副。 2 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、

37、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 3、材料：、材料：（1 1）塑料软带：氟塑料导轨软带）塑料软带：氟塑料导轨软带（2 2）三层复合材料的导轨板）三层复合材料的导轨板在镀铜的钢板上烧结一层多孔青铜粉，在青铜的孔隙中轧入聚四氟乙烯极其填料形成金属氟塑料的导轨板特点：具有两种材料的优点，既有氟塑料的优点又具有刚性和导热性适用于中、小型精密机床和数控机床用于竖直导轨更显它的优点1 1、选用原则：、选用原则：（1 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，动导轨和支承导动导轨和支承导轨应分别采用不同的材料。轨应分别采用不同的材料。 如果采用相同的材料，也应如

38、果采用相同的材料，也应采用不同的热处理使采用不同的热处理使双方具有不同的硬度。双方具有不同的硬度。 （2 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 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采用用淬火钢或淬火铸铁；淬火钢或淬火铸铁；（2 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钢淬火钢或淬火铸铁。或淬火铸铁。（3 3）高精度机床，）高精度机床，因需采用刮研进行导轨的精加工，因需采用刮研进行导轨的精加工，可采用可采用不淬火的耐磨铸铁导轨副不淬

39、火的耐磨铸铁导轨副。（4 4）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，才采用不淬火不淬火的普通灰铸铁导轨副。的普通灰铸铁导轨副。（四）导轨间隙的调整（四）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：镶条和压板图图4.11 4.11 压板间隙调整装置压板间隙调整装置1 1压板，压板，2 2工作台，工作台，3 3支承面，支承面，4 4垫片，垫片，5 5镶块，镶块，6 6调整螺钉调整螺钉2 2）压板）压板 作用：用于承受颠覆力矩和调整辅助导轨面间隙。作用：用于承受颠覆力矩和调整辅助导轨面间隙。 刮研刮研

40、 垫片垫片 镶块镶块4.2.3 4.2.3 导轨的验算1.1.验算滑动导轨的步骤验算滑动导轨的步骤(1) (1) 受力分析受力分析 导轨上所受的外力一般包括切削力、工件导轨上所受的外力一般包括切削力、工件和夹具的重量，动导轨所在部件的重量和牵引力。这些外和夹具的重量，动导轨所在部件的重量和牵引力。这些外力使各导轨面产生支反力和支反力矩。牵引力、支反力和力使各导轨面产生支反力和支反力矩。牵引力、支反力和支反力矩都是未知力，一般可用静力平衡方程式求出。当支反力矩都是未知力，一般可用静力平衡方程式求出。当出现超静定时，可根据接触变形的条件建立附加方程式求出现超静定时，可根据接触变形的条件建立附加方程

41、式求各力。首先建立外力矩方程式，然后依次求牵引力、支反各力。首先建立外力矩方程式，然后依次求牵引力、支反力和支反力矩。力和支反力矩。(2) (2) 计算导轨的压强计算导轨的压强 求出各力后，每个导轨上都归结为求出各力后，每个导轨上都归结为一个支反力和支反力矩。根据支反力可求出导轨的平均压一个支反力和支反力矩。根据支反力可求出导轨的平均压强，加入支反力矩的影响，可求出导轨的最大压强。强，加入支反力矩的影响，可求出导轨的最大压强。(3) (3) 按许用压强判断导轨设计是否可行。按许用压强判断导轨设计是否可行。(4) (4) 根据压强分布情况，判断是否需用压板。根据压强分布情况，判断是否需用压板。2

42、 2导轨压强的分布导轨压强的分布 作三个假定：作三个假定： 1 1）平面接触；）平面接触； 2 2）沿导轨长度上的接）沿导轨长度上的接触变形与压强可视为线性触变形与压强可视为线性分布；分布； 3) 3) 在导轨宽度上可视在导轨宽度上可视为均布。导轨面上沿长度为均布。导轨面上沿长度L L方向的压强是按直线规方向的压强是按直线规律分布的。律分布的。图图4.12 导轨的受载分析导轨的受载分析aLpPF6322212aLPLaLPMMM26aLMpmPLMaLpppmF61FmaxPLMaLppPmF61FminaLpppF)(21minmax平均图图 4.13 导轨的压强导轨的压强压强按矩形分布，这

43、时导轨的受力情况最好，但这种情况几乎不存在。由于颠覆力矩的作用，使导轨的压强不按矩形分布，它的合力作用点偏离导轨的中心。压强按三角形分布；压强相差虽然较大，但仍可使导轨面在全长上接触，是一种临界状态压强按梯形分布，设计时应尽可能保证这种情况均可采用无压板的开式导轨主导轨面上将有一段长度出现不接触。这时必须装置压板，形成辅助导轨面 3. 3. 导轨的许用压强导轨的许用压强 判断导轨设计是否可行。判断导轨设计是否可行。 导轨的压强是影响导轨耐磨性的主要因素之一。设导轨的压强是影响导轨耐磨性的主要因素之一。设计时，保证导轨面上的平均压强计时，保证导轨面上的平均压强p p值不超过许用值值不超过许用值p

44、p。 （4.6）pAFp4.3 滚动导轨 滚动导轨：在滑动导轨两导轨面之间放置滚动体而滚动导轨：在滑动导轨两导轨面之间放置滚动体而 形成的导轨副。形成的导轨副。直线滚动导轨部件直线滚动导轨部件 第4章 导轨设计2、滚动导轨、滚动导轨滚动导轨有下列优点滚动导轨有下列优点 ：运动灵敏度高。运动灵敏度高。 定位精度高。定位精度高。 牵引力小，移动轻便。牵引力小，移动轻便。磨损小，精度保持性好。磨损小，精度保持性好。润滑系统简单，维修方便。润滑系统简单，维修方便。滚动导轨缺点滚动导轨缺点 ：抗振性较差，对防护要求也较高。抗振性较差，对防护要求也较高。结构复杂，制造困难，成本较高。结构复杂，制造困难，成

45、本较高。 齿条一体化直线运动导轨圆弧运动导轨宽式直线运动导轨圆柱形直线滚动导轨圆柱形直线滚动导轨 第4章 导轨设计滚动导轨按滚动体形式的不同，可分滚动导轨按滚动体形式的不同，可分为为滚珠导轨滚珠导轨、滚柱导轨滚柱导轨、滚针导轨滚针导轨等。等。 1）滚动导轨类型）滚动导轨类型 （1）滚珠导轨）滚珠导轨。 其结构特点为点接触，摩擦阻力小，其结构特点为点接触，摩擦阻力小，承载能力较差，刚度低，其结构紧凑、制承载能力较差，刚度低，其结构紧凑、制造容易、成本较低。通过合理设计滚道圆造容易、成本较低。通过合理设计滚道圆弧可大幅度降低接触应力，提高承载能力。弧可大幅度降低接触应力，提高承载能力。滚珠导轨一般

46、适用于运动部件质量小于滚珠导轨一般适用于运动部件质量小于200kg，切削力矩和颠覆力矩都较小的机，切削力矩和颠覆力矩都较小的机床。床。 第4章 导轨设计 滚动体与导轨之间是线滚动体与导轨之间是线接触，承载能力较同规格滚接触，承载能力较同规格滚珠导轨高一个数量级，刚度珠导轨高一个数量级，刚度高。滚柱导轨对导轨面的平高。滚柱导轨对导轨面的平面度敏感，制造精度要求比面度敏感，制造精度要求比滚珠导轨高适用于载荷较大滚珠导轨高适用于载荷较大的机床。的机床。 （2）滚柱导轨。）滚柱导轨。 第4章 导轨设计（3）滚针导轨）滚针导轨 滚针尺寸小，结构紧凑。滚针尺寸小，结构紧凑。承载能力大，刚度高。对导承载能力

47、大，刚度高。对导轨面的平面度更敏感，对制轨面的平面度更敏感，对制造精度的要求更高。摩擦因造精度的要求更高。摩擦因数较大，适用于导轨尺寸受数较大，适用于导轨尺寸受限制的机床。限制的机床。 第4章 导轨设计3滚动导轨块滚动导轨块 滚动导轨块滚动导轨块 1-防护板2-端盖3-滚柱4-导向片5-保持器6-本体运动部件的导轨面不需淬硬磨运动部件的导轨面不需淬硬磨光。滚动导轨块的特点是刚度光。滚动导轨块的特点是刚度高、承载能力大、便于拆装。高、承载能力大、便于拆装。 第4章 导轨设计1）滚动导执块的安装）滚动导执块的安装 该动导轨块常常在固定在床身上的镶钢导轨条上滚动。由于钢导轨热处理后硬度很高，可大幅度

48、提高耐磨性，且有较大的承载能力。 镶钢导轨一般采用正方形或长方形两种，为便于热处理和减少变形，把钢导轨分段装在床身上。图743a为应用该动导轨块和镍钢导软的结构形式之一，是闭式安装，窄式导向。图743b是该动导轨块的一种安装形式. 第4章 导轨设计n 图是闭式导轨，宽式导向，上下左右都用滚动导执块，图中图是闭式导轨，宽式导向，上下左右都用滚动导执块，图中1、2是弹簧垫或调整垫，用来调节支承导软间的预压力。是弹簧垫或调整垫，用来调节支承导软间的预压力。1）滚动导执块的安装）滚动导执块的安装 第4章 导轨设计 为保证导轨的导向精度和有足够的刚度，为保证导轨的导向精度和有足够的刚度，滚动导轨块和支承

49、导轨间不能有间隙，还要滚动导轨块和支承导轨间不能有间隙，还要有适当的预压力，因此滚动导轨块安装时应有适当的预压力，因此滚动导轨块安装时应能调整，调整的方法主要有：用能调整，调整的方法主要有：用调整垫调整，调整垫调整，用调整螺钉调整，用楔铁调整，也可用弹簧用调整螺钉调整，用楔铁调整，也可用弹簧垫压紧。垫压紧。n 2）滚动导轨块的调整）滚动导轨块的调整 第4章 导轨设计 机械工程系楔铁1固定不动，滚动导轨块2固定在楔铁4上，可随楔铁4移动，拧动调整螺钉5、7可使楔铁4相对楔铁1运动，因而可调整滚动导轨块对支承导轨压力的大小。 第4章 导轨设计4、直线滚动导轨、直线滚动导轨 滚动导轨组件滚动导轨组件

50、形式形式、结构、结构 第4章 导轨设计1）直线滚动导轨的结构直线滚动导轨的结构 直线滚动导轨副是由一根长导轨轴和一个或几个滑块组直线滚动导轨副是由一根长导轨轴和一个或几个滑块组成，滑块内有四组滚珠或滚柱，当滑块相对导轨轴移动时，成，滑块内有四组滚珠或滚柱，当滑块相对导轨轴移动时，每一组滚珠每一组滚珠( (滚柱滚柱) )都在各自的滚道内循环运动，循环承受载都在各自的滚道内循环运动，循环承受载荷，承受载荷形式与轴承类似。荷，承受载荷形式与轴承类似。 第4章 导轨设计直线滚动导轨直线滚动导轨 第4章 导轨设计弧形滚动导轨弧形滚动导轨 第4章 导轨设计两两 维维 直直 线线 滚滚 动动 导导 轨轨 第

51、4章 导轨设计直线滚动导轨直线滚动导轨 第4章 导轨设计 直线滚动导轨直线滚动导轨摩擦系数小，精度高摩擦系数小，精度高，安装和维修都，安装和维修都很方便，由于它是一个独立部件，很方便，由于它是一个独立部件，对机床支承导轨的部对机床支承导轨的部分要求不高，即不需要淬硬也不需磨削或副研，只要精分要求不高，即不需要淬硬也不需磨削或副研，只要精铣或精刨。铣或精刨。由于这种导轨可以预紧，因而比滚动体不循由于这种导轨可以预紧，因而比滚动体不循环的滚动导轨刚度高，承载能力大但不如滑动导轨。环的滚动导轨刚度高，承载能力大但不如滑动导轨。抗振性也不如滑动导轨，为提高抗振性，有时装有抗振抗振性也不如滑动导轨，为提

52、高抗振性，有时装有抗振阻尼滑座。有过大的振动和冲击载荷的机床不宜应用直阻尼滑座。有过大的振动和冲击载荷的机床不宜应用直线导轨付。线导轨付。 直线运动导轨副的移动速度可以达到直线运动导轨副的移动速度可以达到60M/MIN，在数控机床和加工中心上得到广泛应用。在数控机床和加工中心上得到广泛应用。2）直线滚动导轨的特点）直线滚动导轨的特点 第4章 导轨设计 第4章 导轨设计3）直线滚动导轨的安装特点）直线滚动导轨的安装特点 直线滚动导轨通常是两条直线滚动导轨通常是两条成对使用成对使用，可以，可以水平安水平安装装，也可以，也可以竖直竖直或或倾斜倾斜安装。有时也可以安装。有时也可以多个导轨平多个导轨平行

53、安装行安装，当长度不够对可以多根，当长度不够对可以多根接长安装接长安装。 为保证两条为保证两条(或多条或多条)导轨平行，通常把一条导轨导轨平行，通常把一条导轨作为作为基准导轨基准导轨，安装在床身的基准面上，底面和侧面，安装在床身的基准面上，底面和侧面部有定位面，另一条导轨为部有定位面，另一条导轨为非基准导轨非基准导轨，床身上没有，床身上没有侧向定位面，固定时以基准导轨为定位面固定。这种侧向定位面，固定时以基准导轨为定位面固定。这种安装形式称安装形式称单导轨定位单导轨定位。单导轨定位易于安装，容易。单导轨定位易于安装，容易保证乎行，对床身没有侧向定位面平行的要求。保证乎行，对床身没有侧向定位面平

54、行的要求。 第4章 导轨设计 第4章 导轨设计 当振动和冲击较大，精度要求较高时，两条导当振动和冲击较大，精度要求较高时，两条导轨的懊面都要定位，称轨的懊面都要定位，称双导轨定位双导轨定位。双导轨定位要。双导轨定位要求定位面平行度高。当用调整垫调整对调整垫的加求定位面平行度高。当用调整垫调整对调整垫的加工精度要求较高，调整难度较大。工精度要求较高，调整难度较大。 第4章 导轨设计 第4章 导轨设计4）直线滚动导轨的安装步骤）直线滚动导轨的安装步骤 第4章 导轨设计1 在安装直线导轨之前必须清除机械安装面的毛边、在安装直线导轨之前必须清除机械安装面的毛边、污物及表面伤痕。污物及表面伤痕。注意注意

55、: : 直线滑轨在正式安装前均涂有防锈油，安装前请用清直线滑轨在正式安装前均涂有防锈油，安装前请用清洗油类将基准面洗净后再安装，通常将防锈油清除后，基准洗油类将基准面洗净后再安装，通常将防锈油清除后，基准面较容易生锈，所以建议涂抹上黏度较低的主轴用润滑油。面较容易生锈，所以建议涂抹上黏度较低的主轴用润滑油。油石油石 第4章 导轨设计 2 将主轨轻轻安置在床台上，并让导轨侧基准靠上床台将主轨轻轻安置在床台上，并让导轨侧基准靠上床台 装配面。装配面。注意注意: :安装使用前要确认螺丝孔是否吻合，假设底座加工孔不吻合又安装使用前要确认螺丝孔是否吻合，假设底座加工孔不吻合又强行锁紧螺栓，会大大影响到组合精度与使用品质。强行锁紧螺栓，会大大影响到组合精度与使用品质。 第4章 导轨设计 第4章 导轨设计 第4章 导轨设计注意滑座安装上线性滑轨后，后续许多附属件由于安装空间有限无法安装，必须于此阶段将所须附件一并