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机械设计之导轨的结构布局设计我采用的说明图纸，是我以前做过的产品的设计图纸，在设计结构上肯定是比较个人风格一些的，可能和很多这一行的设计工程师有不一样的地方，或者你们有更好的实现的结构和布局，比我的现在采用的结构更优化，更具推广和实用意义，所以对一些带有个人化特点的介绍，只供大家做一个设计方面的参考，我并没有规定说，以后这个类型的直线导轨一定要采用我的这种结构布局，在这里我只是给大家理顺一个思路，并把我以前在设计过程中，制造过程中，装配过程中，调试过程中，售后过程中所遇到的一些经验和教训呈现给大家，希望大家以后在你的职业生涯中尽量少走弯路，少交点学费，少碰点钉子。
这是一台立式加工中心的光机图纸，其中紫色线条部分就该加工中心的X、Y、Z 三相直线导轨的布置位置，他们的功能就是实现该加工中心X、Y、Z三个方向的传动。
其中X、Y两个方向是水平放置的，而Z向是垂直放置的，这个在直线导轨选型的时候，是需要和导轨供应商确认好放置方式的，你必须告诉供应商你的导轨是用于什么样的状态，是水平，还是垂直，或者是悬空等，供应商在给你做定型推荐的时候，他们也会根据你的使用情况来推荐给你最时候的直线导轨。
再上一张图纸，我们从侧面来看一下，这X、Y、Z三个方面的导轨布局是一个什么样的情况。
如果你是一个有相当经验的机械行业从业者，其实你是应该可以根据上面这两个图纸画出这个立式加工中心的大件图纸了，因为无论是改设备的结构，还是外形，这两张图纸都作了很好的呈现，尤其是一些细节也有了相对详细的描述。
以上给你参考的是一个光机装配图，在一些细节上的表述我会在接下来的图纸里给大家介绍。
我们今天抽取这个立式加工中心的底座来给大家介绍，下面还是要上图说话。
以上这张图就是一个底座的直线导轨装配图，紫色的部分就是导轨的装配状态，在设计的过程中，需要注意的是导轨的跨度的选取，即两条导轨之间的距离，这在某种程度上决定了机床加工的刚性和稳定性，也决定了机床精度的稳定性，同时我们还需要考虑一个关键点，那就是润滑油的聚集与回收，因为这种类型的机床，直线导轨和丝杆都是采用润滑站进行定时定点润滑的，所以润滑后的废油如何收集是一个需要考虑的关键点，如果不作这方面的考虑，那机床在正常使用时，润滑油会四处横流，弄脏一地，这也是体现设计能力和工业水准的地方。
几种常用的导轨结构特点比较
一、滑动导轨
滑动导轨具有一定动压效应的混合摩擦状态。
导轨的动压效应主要与导轨的摩擦速度、润滑油粘度、导轨面的油沟尺寸和型式等有关。
速度较高的主运动导轨, 应合理设计油沟型式和尺寸,选择合适粘度的润滑油,以产生较好的动压效果。
优点是结构简单、制造方便和抗振性好。
缺点是磨损快。
为提高耐磨性, 广泛采用塑料导轨和镶钢导轨。
塑料导轨使用粘结法或涂层法覆盖在导轨面上。
通常对长导轨喷涂法、对短导轨用粘结法。
四种导轨: 粘结塑料软带导轨、塑料涂层、金属塑料复合导轨、鑲钢导轨。
静压导轨按结构形式分为开式和闭式两大类。
二、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:摩擦系数小(0.0025~0.005)
静、动摩擦系数很接近
结构形式
滚珠导轨
滚柱导轨
滚针导轨
1,滚珠导轨滚珠导轨结构紧凑,容易制造,成本较低导轨表面属于点接触,刚度低,承载能力较小适用于载荷较小的机床。
2,滚柱导轨承载能力和刚度:都比滚珠导轨大。
应用:载荷较大的机床,应用最广泛对导轨不平行度(扭曲)要求较高,否则要造成滚柱的偏移和侧向滑动, 使导轨磨损加剧和降低精度。
因此, 滚柱最好做成腰鼓形,中间直径比两端大0.02mm左右。
3,滚针导轨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,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。
导轨滑块的定位设计原理
导轨滑块的定位设计原理是利用两个或多个导轨与滑块的相互配合，来实现滑块在导轨上的定位。
在滑块和导轨的接触面上通常会设置定位块或凹槽等结构，使其能够在导轨上沿着指定方向移动，并且在某些位置停止。
具体的设计原理可以有以下几种形式：
1. 凹槽定位：导轨上设置一定深度的凹槽，滑块上的定位块可以与凹槽相配合。
滑块在导轨上移动时，定位块会沿着凹槽前进，直到到达凹槽的末端或其他约束位置，实现定位。
2. 凸台定位：导轨上设置一些凸台，滑块上的定位块可以与之相配合。
滑块在导轨上移动时，定位块会沿着凸台前进，直到到达凸台的末端或其他约束位置，实现定位。
3. 嵌入式磁性定位：导轨上嵌入一些磁性定位元件，滑块上设置磁铁或磁性感应块。
当滑块移动时，磁性定位元件会对滑块上的磁性部件产生磁力，从而实现定位。
4. 弹性夹持定位：导轨上设置一对或多对弹性夹持装置，滑块上设置相应的定位孔。
滑块移动时，弹性夹持装置会夹持住滑块上的定位孔，以达到定位的目的。
以上只是一些常见的导轨滑块定位设计原理，实际定位设计还需根据具体要求和应用场景进行设计。
内蒙古民族大学机械工程学院机械制造装备设计作业姓名：班级：13机械设计制造及其自动化学号：0 941滑动导轨的结构设计1 滑动导轨的作用和设计要求滑动导轨的最大作用就是耐磨性好，工艺性好，成本低。
当运动件沿着承导件作直线运动时，承导件上的导轨起支承和导向的作用，即支承运动件和保证运动件在外力（载荷及运动件本身的重量）的作用下，沿给定的方向进行直线运动。
对导轨的要求如下：1）一定的导向精度。
导向精度是指运动件沿导轨移动的直线性，以及它与有关基面间的相互位置的正确性。
2）运动轻便平稳。
工作时，应轻便省力，速度均匀，低速时应无爬行现象。
3）良好的耐磨性。
导轨的耐磨性是指导轨长期使用后，能保持一定的使用精度。
导轨在使用过程中要磨损，但应使磨损量小，且磨损后能自动补偿或便于调整。
4）足够的刚度。
运动件所受的外力，是由导轨面承受的，故导轨应有足够的接触刚度。
为此，常用加大导轨面宽度，以降低导轨面比压；设置辅助导轨，以承受外载。
5）温度变化影响小。
应保证导轨在工作温度变化的条件下，仍能正常工作。
6）结构工艺性好。
在保证导轨其它要求的条件下，应使导轨结构简单，便于加工、丈量、装配和调整，降低本钱。
不同设备的导轨，必须作具体分析，对其提出相应的设计要求。
必须指出，上述六点要求是相互影响的。
2 滑动导轨设计的主要内容(1) 根据工作条件，选择合适的导轨类型。
(2) 选择导轨的截面外形，以保证导向精度。
(3) 选择适当的导轨结构及尺寸，使其在给定的载荷及工作温度范围内，有足够的刚度，良好的耐磨性，以及运动轻便和平稳。
(4) 选择导轨的补偿及调整装置，经长期使用后，通过调整能保持需要的导向精度。
(5) 选择公道的润滑方法和防护装置，使导轨有良好的工作条件，以减少摩擦和磨损。
(6) 制订保证导轨所必须的技术条件，如选择适当的材料，以及热处理、精加工和丈量方法等。
3 滑动导轨的结构设计(1) 基本形式（见图1-1）图1-1三角形导轨：该导轨磨损后能自动补偿，故导向精度高。
它的截面角度由载荷大小及导向要求而定，一般为90°。
为增加承载面积，减小比压，在导轨高度不变的条件下，采用较大的顶角（110°～120°）；为进步导向性，采用较小的顶角（60°）。
假如导轨上所受的力，在两个方向上的分力相差很大，应采用不对称三角形，以使力的作用方向尽可能垂直于导轨面。
矩形导轨：优点是结构简单，制造、检验和修理方便；导轨面较宽，承载力较大，刚度高，故应用广泛。
但它的导向精度没有三角形导轨高；导轨间隙需用压板或镶条调整，且磨损后需重新调整。
燕尾形导轨：燕尾形导轨的调整及夹紧较简便，用一根镶条可调节各面的间隙，且高度小，结构紧凑；但制造检验不方便，摩擦力较大，刚度较差。
用于运动速度不高，受力不大，高度尺寸受限制的场合。
圆形导轨：制造方便，外圆采用磨削，内孔珩磨可达精密的配合，但磨损后不能调整间隙。
为防止转动，可在圆柱表面开键槽或加工出平面，但不能承受大的扭矩。
宜用于承受轴向载荷的场合。
(2) 常用导轨组合形式三角形和矩形组合：这种组合形式以三角导轨为导向面，导向精度较高，而平导轨的工艺性好，因此应用最广。
这种组合有V-平组合、棱-平组合两种形式。
V-平组合导轨易储存润滑油，低、高速都能采用；棱-平组合导轨不能储存润滑油，只用于低速移动。
为使导轨移动轻便省力和两导轨磨损均匀，驱动元件应设在三角形导轨之下，或偏向三角形导轨。
矩形和矩形组合：承载面和导向面分开，因而制造和调整简单。
导向面的间隙用镶条调整，接触刚度低。
双三角形导轨：由于采用对称结构，两条导轨磨损均匀，磨损后对称位置位置不变，故加工精度影响小。
接触刚度好，导向精度高，但工艺性差，四个表面刮削或磨削也难以完全接触，假如运动部件热变形不同，也不能保证四个面同时接触，故不宜用在温度变化大的场合。
(3）间隙调整为保证导轨正常工作，导轨滑动表面之间应保持适当的间隙。
间隙过小，会增加摩擦阻力；间隙过大，会降低导向精度。
导轨的间隙如依靠刮研来保证，要废很大的劳动量，而且导轨经过长期使用后，会因磨损而增大间隙，需要及时调整，故导轨应有间隙调整装置。
矩形导轨需要在垂直和水平两个方向上调整间隙。
在垂直方向上，一般采用下压板调整它的低面间隙，其方法有：a）刮研或配磨下压板的结合面；b）用螺钉调整镶条位置；c）改变垫片的片数或厚度；在水平方向上，常用平镶条或斜镶条调整它的侧面间隙。
圆形导轨的间隙不能调整。
(4）夹紧装置有些导轨（如非水平放置的导轨）在移动之后要求将它的位置固定，因而要用专用的锁（夹）紧装置。
常用的锁紧方式有机械锁紧和液压锁紧。
见图1-2。
图1-2(5）进步耐磨性措施导轨的使用寿命取决于导轨的结构、材料、制造质量、热处理方法，以及使用与维护。
进步导轨的耐磨性，使其在较长的时间内保持一定的导向精度，就能延长设备的使用寿命。
进步导轨耐磨性的措施有：1) 选择公道的比压单位面积上的压力成为比压，即p=P/S（pa/cm2）式中P-作用在导轨上的力（pa）S-导轨的支承面积（cm2）由上式可知，要减小导轨的比压，应减轻运动部件的重量和增大导轨支承面的面积。
减小两导轨面之间的中心距，可以减小外形尺寸和减轻运动部件的重量。
但减小中心距受到结构尺寸的限制，同时中心距太小，将导致运动不稳定。
降低导轨比压的另一办法，是采用卸荷装置，即在导轨载荷的相反方向，增加弹簧或液压作用力，以抵消导轨所承受的部分载荷。
2) 选择合适材料目前常采用的导轨材料有以下几种：铸铁- 导轨与承导件或运动件铸成一体，其材料常用灰口铸铁。
它具有本钱低，工艺性好，热稳定性高等优点。
在润滑和防护良好的情况下，具有一定的耐磨性。
常用的是HT200～HT400，硬度以HB=180～200较为合适。
适当增加铸铁中含碳量和含磷量，减少含硅量，可进步导轨的耐磨性。
若灰口铸铁不能满足耐磨性要求，可使用耐磨铸铁，如高磷铸铁，硬度为HB=180～220，耐磨性能比灰口铸铁高一倍左右。
若加进一定量的铜和钛，成为磷铜钛铸铁，其耐磨性比灰口铸铁高两倍左右。
但高磷系铸铁的脆性和铸造应力较大，易产生裂纹，应采用适当的铸造工艺。
此外，还可使用低合金铸铁及稀土铸铁。
钢-要求较高的或焊接机架上的导轨，常用淬火的合金钢制造。
淬硬的钢导轨的耐磨性比普通灰铸铁高5～10倍。
常用的有20Cr钢渗碳淬火和40Cr高频淬火。
钢导轨镶接的方法有：螺钉连接，应使螺钉不受剪切；为避免导轨上有孔（孔内积存赃物而加速磨损），一般采用倒装螺钉。
结构上不便于从下面伸进螺钉固定时，可采用如图1-3所示的方法。
螺钉固紧后，将六角头磨平，使导轨上的螺钉孔和螺钉头之间没有间隙。
图1-3用环氧树脂胶接，胶接面之间的间隙不超过0.25mm。
胶粘导轨具有一定的胶接刚度和强度，尚有一定的抗冲击性能，工艺简单，本钱较低。
塑料-用聚四氟乙烯为基材，添加不同的填充剂作为导轨材料。
它具有耐磨、抗振以及动、静摩擦系数低（0.04），可消除低速爬行现象，在实际应用中取得良好的效果。
3) 热处理为进步铸铁导轨的耐磨性，常对导轨表面进行淬火处理。
表面淬火方法有：火焰淬火、高频淬火和电接触淬火。
4) 润滑和防护润滑油能使导轨间形成一层极薄的油膜，阻止或减少导轨面直接接触，减小摩擦和磨损，以延长导轨的使用寿命。
同时，对低速运动，润滑可以防止"爬行"；对高速运动，可减少摩擦热，减少热变形。
导轨润滑的方式有浇杯、油杯、手动油泵和自动润滑等。
导轨的防护装置用来防止切削、灰尘等赃物落到导轨表面，以免使导轨擦伤、生锈和过早的磨损。
为此，在运动导轨端部安装刮板；采用各种式样的防护罩，使导轨不过露等办法。
(6) 结构尺寸的验算1) 校核温度变化对导轨间隙的影响导轨在温度变化较大的环境中工作，应在选定精度和配合后，作导轨间隙验算。
为了保证工作时不致卡住，导轨的最小间隙应大于或即是零，即Δmin≥0导轨的最小间隙用下式计算：Δmin=D min[1+αk(t-t0)]-d max[1+αz(t-t0)] (mm)式中t-工作温度（°C）t0-制造时温度（°C）D min-包容件在t0时的最小尺寸（mm）d max-被包容件在t0时的最大尺寸（mm）αk-包容件材料的线膨胀系数（1/°C）αz-被包容件材料的线膨胀系数（1/°C）为保证导向精度，导轨的最大间隙Δmax应小于或即是答应值，即：Δmax≤[Δmax]导轨的最大间隙用下式计算：Δmax=D max[1+αk(t-t0)]-d min[1+αz(t-t0)] (mm)式中D max-包容件在t0时的最大尺寸（mm）d min-被包容件在t0时的最小尺寸（mm）2) 不自锁条件当初定导轨的结构形式和尺寸后，应留意作用力的方向和作用点的位置，力求使导轨的倾斜力矩小，否则使导轨的摩擦力增大，磨损加快，从而降低导轨的灵活性和导向精度，甚至回使导轨卡住。
