机床概论与设计课件：导轨设计 -

导轨设计第一节概述一、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一定的轨迹准确地运动）。在导轨副(如工作台和床身导轨)中，运动的一方(如工作台导轨)叫做动导轨，不动的一方(如床身导轨)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。

1、导轨的分类（1）按运动轨迹分分为直线运动导轨和圆周运动导轨。（2）按运动性质分分为主运动导轨、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，移置后固定，在加工时没有相对运动。（3）按摩擦性质分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）和（普通滑动导轨）。

（4）按受力情况分分为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。二、导轨的基本要求

1、对导轨的一般要求（1）导向精度——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，导轨的刚度和热变形。（2）精度保持性——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，受力情况等。（3）低速运动平稳性——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。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（1）几何精度：

A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。

C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。（2）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v>0.5m/s时，比表上高一级。

3、导轨面的精加工精加工方法有：精刨（精铣）、磨削和刮研等。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。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

1、铸铁铸铁是一种成本低，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。2、钢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（5-10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。

3、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，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ZQSn6-6-3和铝青铜ZQA19-4。

4、塑料摩擦系数低、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，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。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。导轨的搭配：常用的：镶装氟塑料导轨软带——淬火钢或淬火铸铁其次用的：不淬火铸铁——淬火钢或淬火铸铁高精度机床用：不淬火耐磨铸铁——不淬火耐磨铸铁移置导轨和不重要导轨用：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，其他导轨多是镶装的。另外：

(1).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。

(3).露在外面的导轨硬度应高一些。第三节滑动导轨的结构一、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。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件，但须有防屑保护装置，用于移动速度较大的部件上。

1）、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。

顶角越小导向性越好，一般常取顶角为90°，重载机床取较大的顶角。

2）、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，侧向间隙不能补偿，要有间隙调整装置。

3）、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。

侧面导向，可看成是三角形导轨的变形，两导轨面间夹角为55°。

4）、圆形导轨结构简单，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。2、直线运动导轨的组合

1）、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，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，例如丝杠车床、单柱坐标镗床等。顶角α常取为90°

2）、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,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。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。

3）、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。4）、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，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。

5）、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，多用于横粱、立柱和摇臂的导轨副等。6）、双圆柱型导轨的组合圆形导轨具有制造方便，不易积存较大的切屑的优点，但间隙难以调整，磨损后也不易补偿。常用于移动件只受轴向力的场合，如推床、攻螺纹机和机械手的导轨副等。综上：

1、要求导轨有较大的刚度和承载能力时，采用矩形导轨。

2、要求导向精度高的采用三角形导轨。

3、矩形导轨和圆形导轨工艺性好，制造和检验都较方便；三角形导轨和燕尾形导轨工艺性差。

4、要求结构紧凑、高度小、调整方便的机床采用燕尾形导轨二、导轨间隙的调整导轨结合面配合的松紧对机床的工作性能有相当大的影响。配合过紧：操作费力，磨损加快。配合过松：影响导向精度，引起振动。因此，除在装配过程中应仔细地调整导轨的间隙外，在使用一段时间后因磨损还需重调。调整方法：用镶条和压板。1、镶条:

用来调整矩形导轨和燕尾形导轨的侧隙，以保证导轨面的正常接触。有平镶条和楔形镶条两种。平镶条是全长厚度相等、横截面为平行四边形或矩形的镶条，以其横向位移来调整间隙；斜镶条是全长厚度变化，以其纵向位移来调整间隙。镶条位置：从刚度角度考虑，应放在不受力或受力小的一侧从精度角度考虑，应放在受力较大的一侧。因此，精加工机床，镶条应放在受力的一侧或两侧均放镶条。普通精度机床，镶条应放在不受力的一侧。

（1）、平镶条平镶条调整方便，结构简单，制造容易，刚度较低，容易变形，目前应用已较少。

（2）、楔形镶条楔形镶条的两个面分别与动导轨和支承导轨均匀接触，比平镶条刚度高，但加工稍困难。楔形镶条的斜度为

1﹕100—1﹕40，镶条越长斜度应越小，以免两端厚度相差太大，即长镶条为1﹕100；短镶条为1﹕40。

2、压板压板用于调整辅助导轨面的间隙和承受颠覆力矩。

构造简单，调整麻烦，用于不经常调整间隙和间隙对加工影响不大的场合。

调整量受垫片厚度的限制，降低了结合面的接触刚度。

调整方便，刚度差，用于经常调节间隙和受力不大的场合。三、普通滑动导轨导轨面直接接触的滑动导轨副。优点：构造简单、制造方便、抗振性良好。缺点:摩擦阻力大、磨损快，动静摩擦系数大，低速时易产生爬行。普通滑动导轨，动导轨移动速度越高，动压效应越好，工作状态越好。油沟对动压效应有影响。p290第四节导轨的润滑与防护

一、导轨的润滑

1、润滑的目的、要求与方式目的:是为了降低摩擦力、减少磨损、降低温度和防止生锈。要求:1）、保证按规定供给导轨清洁的润滑油，油量可以调节，尽量采取自动和强制润滑。

2）、润滑装置应简单，元件要可靠，要有安全装置，在开动之前应供应充足的润滑油。方式:1）、人工定期向导轨面浇油。

2）、在运动部件上装润滑电磁泵或手动润滑泵。

3）、用专门的供油系统使压力油强制润滑。润滑剂的选择：导轨常用的润滑剂有润滑油和润滑脂，滑动导轨用润滑油，滚动导轨则两种都可用，多采用润滑脂润滑。高速低载荷可用粘度较低的油，反之则用粘度较高的油。二、导轨的防护

作用：防止切屑，灰尘，杂质，冷却液进入导轨摩擦表面，以减少导轨的磨损，提高寿命。要求：1、尽量能封闭导轨面或清除落在导轨面上的切屑杂物。

2、耐磨损，耐高温，耐腐蚀。

3、在结构上应便于装卸，清洗。

4、具有一定的刚度和强度。

5、制造容易，成本低，寿命长，外表美观。方式：

1、刮板式：这种方法能用刮板或毛毡刮除落在导轨面上的尘屑，属于接防护装