设计导轨课件

2．精度保持性（耐磨性）
影响精度保持性的主要因素是磨损。 必须提高导轨的耐磨性，尽可能减小导轨的磨损
的不均匀程度（沿导轨全长的均匀和不均匀磨损 都会影响其精度），并使磨损后能自动补偿或调 整。 影响因素：导轨的材料、热处理、加工的工艺方 法、磨擦性质及受力情况（即导轨的比压、润滑 和防护）等有关。
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
五、导轨副材料的选用
1、选用原则：
（1）为了提高耐磨性和防止咬焊，动导轨和支承导 轨应分别采用不同的材料。 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。
（2）在直线运动导轨中，长导轨用较耐磨、硬度较 高的材料制造。
（4）按受力状况分：
开式导轨：在部件自重和外载作用下，导轨面在 全长上可以始终贴合的导轨。
闭式导轨：在较大的倾覆力矩时，部件自重不能 使导轨面贴合，必须用压板作为辅助 导轨面保证主导轨面贴合的导轨。
（1）几何精度
反映了导轨在低速空载运动时的导向精度。 直线运动导轨的几何精度: 导轨在竖直平面 内的直线度 。 导轨在水平平面 内的直线度 。 两导轨面间的 平行度。
2、分类：
（1）按运动轨迹分：直线和园周运动导轨 （2）按运动性质分：
主运动导轨: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: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：
静压导轨 ：油膜压强靠液压泵建立，
2、滑动导轨副中，常用材料匹配
（1）动导轨采用镶装氟塑料导轨软带，支承导轨 采用淬火钢或淬火铸铁；
（2）动导轨采用不淬火铸铁，支承导轨采用淬火 钢或淬火铸铁。
（3）高精度机床，因需采用刮研进行导轨的精加 工，可采用不淬火的耐磨铸铁导轨副。
（4）只有移置导轨或不重要的导轨，才采用不淬 火的普通灰铸铁导轨副。
第三节 滑动导轨的结构
一、导轨的截面形状与组合 1、直线运动滑动导轨截面形状：主要有三角
形、矩形、燕尾形、圆柱形，都有凹凸之分。
三角形导轨：磨损后，能自动补偿间隙，导向精度 随其顶角的减小而提高，但顶角的减小使承载能力 和刚性下降；三角形导轨的制造工艺较复杂。
矩形导轨：承载能力大，刚性较高，形状规则，制 造和维修方便；但矩形导轨侧面有间隙，导向精度 较低。
平面环形、锥面环形和双锥面环形导轨。
（1）平面环形导轨：
结构简单、制造方便、能承受较大的轴向 力，但不能承受径向力，因而必须与主轴 联合使用，由主轴来承受经向载荷
（2）锥面环形导轨：
除能承受轴向载荷外，还能承受一定的径 向载荷，但不能承受较大的颠覆力矩。导 向性比平面环形好，但制造较困难，锥面 与轴心线的同轴度不容易保证
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。
第二节 导轨的材料
导轨的材料：铸铁、钢、有色金属、塑料 等。
对导轨材料的主要要求：耐磨性高、工艺 性好、成本低等。
一、铸铁
1、特点：成本低，有良好的减振性和耐磨性，易于铸造和
切削加工。
2、材料：
灰铸铁HT200。 孕育铸铁HT300。 耐磨铸铁 加入合金元素，如高磷铸铁、磷铜钛铸铁、钒钛
（2）油腔的结构与尺寸 直线运动导轨油腔应开在动导轨上，圆周运动的
导轨油腔开在支承导轨上。 动导轨的长度小于2米以内，开2-4个油腔；2米以
上每隔0.5米开一个。
四、卸荷导轨
卸荷导轨可以减轻支承导轨的负荷，或相 当于降低导轨的静磨擦系数，从而减少磨 擦力，提高导轨的而磨性并能减少或防止 爬行。
2、导轨和油腔 （1）对导轨和供油的技术要求 为了使各处的间隙均匀，对导轨的几何精度和接
触精度都有较高的要求；导轨及其支承件应有足 够的刚度和可靠的防护；导轨的形状应力求简单 和工艺性好，开式用三角形与矩形组合；闭式导 轨用双矩形组合。
由于油路管道较长，常用时间继电器起保护作用。 此外，还应注意回油问题。
2、特点：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 学稳定性好、工艺简单、成本低等优点。
3、材料： （1）塑料软带：氟塑料导轨软带
（2）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
当 6M/FL=1，即 M/FL=1/6 时 P min=0 P max=2Pav 压强按三角形分布
这是一种使动导轨与支承导轨在全长接触的 临界状态
如压强分布属上述情况，则均可采用开式导 轨
当 6M/FL＞1，即 M/FL＞1/6 时，主导轨面 上将有一段长度不接触，实际接触长度
HRC≥48。 20Cr，渗碳淬硬，
HRC≥60。
三、有色金属
1、应用：用有色金属板材镶装导轨在动导轨上，与
铸铁的支承导轨相搭配。
2、特点：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。
3、材料：锡青铜ZQSn6—6—3、铝青铜ZQAl9-4、
（黄铜H62、H68）。
四、塑料
1、应用：在动导轨上镶装塑料软带。与淬硬 的铸铁支承导轨和镶钢支承导轨组成导轨 副。
1．镶条
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。
常用的有平镶条和楔形镶条。 放在导轨受力较小的一侧 。 （1）平镶条
（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，所以比平镶条刚度高。
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。

PM=6M/aL2
因为：
导轨所受的最大、 最小和平均压强 分别为：
由上式可看出： 当 6M/FL=0，即 M=0 时， P=P max=P min=P av 压强按矩形分布
当 0＜6M/FL＜1，即 M/FL＜1/6 时 P min＞0, P max＜2Pav 压强按梯形分布
燕尾形导轨：高度尺寸小，结构紧凑，能承受颠复 力矩；但燕尾形导轨磨擦阻力大，制造工艺复杂。
圆柱形导轨：导向性好，刚性高；但其制造精度要 求较高，磨损后，导轨间隙调整较困难。
2、组合
直线运动导轨一般由两条导轨组合。工作台面宽度 ＞3米时，可采用3条或3条以上导轨的组合方式。
3、圆周运动导轨 回转运动导轨的截面形状有三种：
2．压板
压板用于调整辅助导轨面的间隙、承受颠覆 力矩 。来自第四节 滑动导轨的验算
一、概述 导轨的变形主要是接触变形。对于滑动导
轨应验算导轨的压强和压强的分布。
二、导轨的受力分析（图12-8） 以数控车床刀架纵导轨为例 P247 受力分析：
导轨所受外力：重力、切削力、牵引力等

F c—切削力
第十二章 直线运动导轨
主要内容
第一节 第二节 第三节 第四节
概述 滑动摩擦导轨 滚动摩擦导轨 其它类型的导轨简介
第一节 概述
作用：支承和引导运动部件按给定方向 作往复直线运动。
基本组成 运动件 承导件
第十二章 导轨
内容： 机床导轨的功用、分类和应满足的要求 及设计步骤； 滑动导轨、滚动导轨的设计特点。 要求： 对机床导轨具有结构分析及初步的设计 能力。
1、卸荷系数的确定 2、机械卸荷导轨 3、液压卸荷导轨 4、自动调节气压卸荷导轨
第六节 直线滚动导轨
优点： 摩擦系数小，运动轻便，摩擦发热少，磨
损小，动、静摩擦系数接近，可避免出现 爬行，定位精度高
缺点： 抗振性差，结构复杂，成本高，对脏物比
较敏感
一、滚动导轨的结构形式 1、直线滚动导轨副 结构上有滚动体不循环的滚珠、滚柱、滚

F f—进给力

F p—背向力

FQ—牵引力

W—重力
通过静力方程求解
分别对 X、Y、Z 坐标取矩得：
各导轨面上的集中支反力：

RA=FC+W-RB

RB=MZ/e

RC=FP
各导轨面上的支反力矩：

MA=MB=MX/2

MC=MY
牵引力：

FQ=Ff+ (FC+ FP+ W )f
两导轨面间有一层静压油膜，多用于 进给运动导轨。
滑动导轨
动压导轨：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。只能用于高速的场合，故 仅用作主运动导轨。
普通滑动导轨
滚动导轨：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 进给运动导轨和旋转主运动导轨。
铸铁，耐磨性比孕育铸铁高一倍，力学性能好，成本高， 多用于精密机床
3、铸铁导轨的淬火：感应淬火和火焰淬火 。
目的：提高导轨表面的硬度，提高耐磨性。
二、钢
1、应用：镶钢支承导轨。 2、特点：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。 3、常用材料： 45或40Cr，整体淬硬，
导轨副： 机床上两相对运动部件的配合面组成一
对导轨副。
动导轨：在导轨副中，运动的一方。 支承导轨：在导轨副中，不动的一方。
动导轨相对于支承导轨只有一个自由度。
第一节 导轨的功用、分类和应满足的要求
一、导轨的功用和分类
1、功用：导向和承载。 导轨主要用来支承和引导运
动部件沿着一定的轨迹运动。