导轨设计市公开课一等奖省赛课获奖课件

§3.8导轨设计

导轨设计第1页一、导轨功用和应满足

基本要求

（一）导轨功用和分类

功用:

承受载荷和导向。承受安装在导轨上运动部件及工件质量和切削力，运动部件（刀架）可沿导轨运动。动导轨:运动导轨静导轨:不动导轨（或支承导轨）成对使用导轨设计第2页I分类按结构形式分：①开式导轨②闭式导轨

开式导轨：指在部件自重和载荷作用下，运动导轨和支承导轨工作面（图3-98a中c、d面）一直保持接触、贴合。其结构简单，但不能承受较大颠覆力矩作用。导轨设计第3页

闭式导轨：借助于压板使导轨能承受较大颠覆力矩作用压板1、2e、f为主导轨面，压板1、2形成辅助导轨面g、h导轨设计第4页普通滑动导轨

滑动导轨静压导轨II按摩擦性质分卸荷导轨

滚动导轨导轨设计第5页（二）导轨应满足基本要求导轨应满足精度高、承载能力大、刚度好、摩擦阻力小、运动平稳、精度保持性好、寿命长、结构简单、工艺性好、便于加工、装配调整和维修、成本低。

导轨设计第6页1、导向精度指动导轨运动轨迹准确度主要影响原因：导轨几何精度和接触精度，结构形式、装配质量、导轨与支承件刚度和热变形、油膜刚度。导轨设计第7页2、承载能力大，刚度好，依据承受载荷性质，方向和大小，合理选择导轨截面形状和尺寸，使导轨有足够刚度，确保机床加工精度。导轨设计第8页3、精度保持性好，导轨原始精度丧失主要原因是磨损。磨损形式看：磨粒磨损、粘着磨损、接触疲劳磨损。影响耐磨性原因：材料、载荷情况、磨擦性质、工艺方法、润滑。导轨设计第9页4、低速运动平稳动导轨作低速运动或微量进给时，运动一直平稳，不出现爬行现象。影响原因：导轨结构形式、润滑情况、静、动摩擦系数之差。5、结构简单、工艺性好，易于加工导轨设计第10页二、导轨截面形状选择

和导轨间隙调整

（一）直线运动导轨截面形状

有四种：矩形、三角形、燕尾形、圆柱形,并可相互结合、有凸、凹之分。导轨设计第11页1、

矩形导轨

图3－102a导轨设计第12页凸形轻易去除切屑不易存留润滑油凹形与之相反矩形导轨承载能力大、刚度高、制造简便、检验、维修方便（优点）存在侧隙、需用镶条调整，导向性差（缺点）用于载荷大，导向性要求略低机床

导轨设计第13页2、三角形轨图3－102b三角形导轨面磨损时，动导轨会自动下沉，自动赔偿磨损量，无间隙顶角α在90°~120°范围内改变，α角越小，导向性越好，但摩擦力越大。所以小顶角导轨用于轻载精密机床，大顶角导轨用于大、重型机床。导轨设计第14页三角形导轨结构有对称式和不对称式，当水平力大于垂直力、两侧压力分布不均时，采取不对称导轨。

导轨设计第15页3、燕尾形导轨燕尾形导轨可承受较大颠覆力矩，导轨高度较小，结构紧凑，间隙调整方便，但刚度较差，加工、检验、维修不大方便。适合用于受力小、层次多，要求间隙调整方便部件。导轨设计第16页4、圆柱形导轨圆柱形导轨制造方便，工艺性好，但磨损后较难调整和赔偿间隙，主要用于受轴向负荷导轨，应用较少。四种截面导轨尺寸已标准化导轨设计第17页（二）回转运动导轨截面形状1、平面环形导轨图3－103a导轨设计第18页结构简单，制造方便，能承受较大轴向力，但不能承受径向力，须与主轴联合（主轴定心）使用，由主轴承受径向载荷。这种导轨摩擦小，精度高，适合用于由主轴定心各种回转运动导轨机床，如高速大载荷立式车床，齿轮机床。导轨设计第19页2、锥面环形导轨图3－103b

除能承受轴向载荷外，还能承受一定径向载荷，不能承受较大颠覆力矩，导向性比平面环形导轨好，但制造困难。导轨设计第20页3、双锥面导轨图3－103c双锥面导轨能承受较大径向力、轴向力、一定颠覆力矩，但制造研磨较困难。导轨设计第21页（三）导轨组合形式直线运动导轨通常由两条导轨组合而成，其形式有：1、双三角形导轨图3－104a

导轨设计第22页双三角形导轨不需要镶条调整间隙，接触刚度好，导向性和精度保持性好，但工艺性差，加工、检验、维修不便，用于精度高机床，如丝杠车床，导轨磨床，齿轮磨床。导轨设计第23页2、双矩形导轨图3－104b承载能力大，制造简单，多用在普通精度机床和重型机床中，如重型车床，组合车床，升降台铣床。宽式组合：由两条导轨外侧导向，侧向间隙较大，用镶条调整窄式组合：由一条导轨两侧导向图3－104c导轨设计第24页3、矩形和三角形导轨组合这类组合导轨导向性好，刚度高，制造方便，应用最广。如车床、磨床、龙门铣床。4、矩形和燕尾形导轨组合这类组合导轨能承受较大力矩，调整方便。用于横梁、立柱、摇臂导轨。导轨设计第25页导轨设计第26页（四）导轨间隙调整导轨面间间隙对机床工作性能有直接影响，如间隙过大，将影响运动精度和平稳性，间隙过小、运动阻力大，导轨磨损加紧。为确保导轨含有合理间隙，磨损后又能方便地调整。

导轨设计第27页1、压板压板用来调整辅助导轨面间隙，承受颠覆力矩，用配刮垫片来调整间隙导轨设计第28页2、镶条镶条用来调整矩形导轨和燕尾形导轨侧向间隙，镶条应放在导轨受力较小一侧。惯用镶条有平镶条和斜镶条二种：①平镶条截面为矩形或平行四边形，厚度均匀相等，由螺钉调整间隙易变形、刚度低，当前少用。图3－106导轨设计第29页导轨设计第30页②斜镶条斜度为1：（40~100），两个面分别与动导轨和支承导轨均匀接触，刚度高，经过修磨垫方式移动镶条，以调整导轨间隙。图3－107

导轨设计第31页导轨设计第32页3、导向调整板导向调整板是一个新型镶条图3－108图3-109图3-110导轨设计第33页导轨设计第34页三、导轨结构类型及特点（一）滑动导轨从摩擦性质来看，滑动导轨含有一定动压效应混合摩擦状态。导轨动压效应主要与导轨滑动速度，润滑油粘度、导轨面油沟尺寸和型式等相关。速度较高主运动导轨，如立式车床工作台导轨，应合理地设计油沟型式和尺寸，选择适当粘度润滑油，以产生很好动压效果。（注：当一个表面在多孔端面上滑动时，会在孔上方及其周围产生流体动压力，这就是流体动压效应。）

导轨设计第35页滑动导轨优点:结构简单，制造方便，抗振性良好。滑动导轨缺点：磨损快。为提升耐磨性,常采取以下办法:1、粘贴塑料软带导轨采取较多粘贴塑料软带是以聚四氟乙烯为基体，添加各种无机物和有机粉末等填料。

导轨设计第36页特点：摩擦因数小，耗能低，动、静摩擦因数靠近，低速运动平稳性好，阻尼特征好，能吸振，抗振性好，耐磨性好，有自润滑作用，没润滑油也能正常工作，使用寿命长，结构简单，维修方便，磨损后易更换，经济性好。

导轨设计第37页缺点；刚性差，受力后产生变形，对精度要求高机床有影响。粘贴塑料软带普通粘贴在较短动导轨上，表面开直线形或三字形油槽，配对金属导轨面粗糙度要求在0.4~0.8μm，硬度在25HRC以上。比压<0.6~1×106帕（厚度在0.1~10mm环氧树脂室温二十四小时，厚用埋头螺钉固定）

导轨设计第38页2、金属塑料复合导轨金属塑料复合导轨板有三层，内层为钢板，它确保导轨板机械强度和承载能力，钢板上烧结一层多孔青铜，形成多孔中间层，在青铜间隙中压入聚四氟乙烯及其它填料。图3-111导轨设计第39页导轨设计第40页塑料可提升导轨板导热性,当青铜与配合面摩擦发烧，热膨胀系数远大于金属聚四氟乙烯及其它填料从多孔层中孔隙中挤出，向摩擦表面转移补充，形成表面厚约0.01~0.05mm表面自润滑塑料层。这种复合板与铸铁导轨组合，静摩擦因数小（0.04~0.06），摩擦阻力显著降低，含有良好阻尼特征，良好低速平稳性，成本低，刚度高。

导轨设计第41页3、塑料涂层应用较多有环氧涂层，含氟涂层，HNT耐磨涂层，它们以环氧树脂为基体，加固体滑润剂二硫化钼和胶体石墨及其它铁粉填充剂而成，这种涂层有较高耐磨性，硬度，强度，导热率；在无润滑油情况下，能预防爬行，改进导轨运动特征，尤其是低速平稳性。

导轨设计第42页4、镶钢导轨镶钢导轨是将淬硬碳素钢（45）或合金钢导轨，分段地镶装在铸铁或钢制床身上，以提升导轨耐磨性。在铸铁床身上镶装钢导轨惯用螺钉或楔块挤紧固定P152图3-112导轨设计第43页

在钢制床身上镶装导轨普通用焊接方法连接。

导轨设计第44页（二）静压导轨工作原理同静压轴承相同，在动导轨面上均匀分布有油腔和封油面，把含有一定压力液体或气体介质经节流器送至油腔内，使导轨面之间产生一定压力，将动导轨微微抬起，与支承导轨脱离实际接触，浮在压力油膜或气膜上。图3-113导轨设计第45页导轨设计第46页优点：摩擦系数小，在开启、停顿时没有磨损，精度保持性好。缺点：结构复杂，要求一套专门液压或气压设备，维护调整麻烦。用途：精密、高精密机床，低速运动机床。分类：按结构形式分为开式和闭式

导轨设计第47页（三）卸荷导轨重型机床工作台或工件重量大，若全由导轨承受，则导轨承载截面很宽，摩擦阻力很大，消耗了驱动功率，产生爬行。卸荷导轨用来降低轨面压力，减小摩擦阻力，提升导轨耐磨性和低速运动平稳性。

导轨设计第48页1、机械卸荷导轨设计第49页图3-115是惯用机械卸荷装置，导轨上一部分载荷由支承在辅助导轨面a上滚动轴承承受，卸荷力大小经过螺钉和碟形弹簧调整，卸荷点数目由动导轨上载荷和载荷系数决定。

导轨设计第50页卸荷系数表示导轨卸荷量大小

式中——导轨上一个支承所承受载荷（N）——导轨上一个支座卸荷力（N）=0.7大、重型机床 ≤0.5高精度机床导轨设计第51页2、液压卸荷导轨图3－116（略）3、自动调整气压卸荷导轨

图3－117（略）

导轨设计第52页（四）滚动导轨在静、动导轨面之间放置滚动体如滚珠、滚柱、滚针滚动导轨块组成滚动导轨。图3－118导轨设计第53页优点：摩擦因数小，动、静摩擦因数很靠近，摩擦力小，开启轻便，运动灵敏，不易爬行，磨损小，精度保持性好、寿命长，有较高重复定位精度，运动平稳，可采取油脂润滑，润滑系统简单。缺点：抗振性差，结构复杂，成本较高。应用范围：数控机床，机器人，精密定位微量进给机床。

导轨设计第54页滚动摩擦系数0.025~0.005重复定位误差0.2μm滑动静摩擦0.4~0.2重复定位误差10~20μm滑动动摩擦系数0.2~0.1

导轨设计第55页1、滚动导轨类型滚珠：点接触、承载能力差、刚度低、用于小载荷图3－118a滚柱：线接触、承载能力大、刚度好、用于大载荷

图3－118b

滚针：线接触、惯用于径向载荷小导轨图3－118c

按滚动体分导轨设计第56页循环式按循环方式分非循环式循环式滚动导轨滚动体在运行过程中，沿自己工作轨道和返回轨道作连续循环运动导轨设计第57页P156图3-119

导轨设计第58页运动部件行程不受限制，这种结构装配使用都很方便，防护可靠，应用广泛。非循环式滚动导轨滚动体在运行过程中不循环，因而行程有限，运行中滚动体一直同导轨保持接触。图3－118c

导轨设计第59页材料：滚动体材料用轴承钢。GCr19GCr15GCr15SiMn淬火后硬度到达60HRC以上，支承导轨用淬火钢或铸铁制造。钢导轨承载能力大，耐磨性高，用低碳合金钢20Cr合金结构钢40Cr，合金工具钢T8、T10。铸铁导轨材料用HT200硬度为200~220HBS，适于中小载荷和不需预紧，不承受动载导轨上。

导轨设计第60页2、直线滚动导轨副工作原理图3-116为数控机床惯用滚动导轨副，它由导轨1和滑块5组成。导轨条是支承导轨，普通有两根，安装在支承件（如床身上），滑块安装在运动部件上，它可沿导轨条作直线运动，每根导轨条上最少有2个滑块，滑块5中装有二组滚珠4，两组滚珠各有自己工作导轨和返回导轨，当滚珠从工作轨道到滑块端部时，经端面挡板2和滑块中返回轨道孔返回，在导轨条和滑块滚道内连续地循环滚动，为防灰尘进入，采取密封垫3密封。

导轨设计第61页3、滚动导轨块导轨设计第62页图3-120为滚动导轨块，用滚子作滚动体