导轨设计教学课件PPT.pptx

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1、2.7 导轨设计 一、导轨的功用与导向原理 功用 导向、承载 导向原理 两相对运动部件的配合面组成一对 导轨副，其中，不动的配合面称 为固定导轨，运动的配合面称为 运动导轨， 在运动部件（如工作台）与固定部 件（如床身）之间只允许有一个 自由度，为此，导轨副必须限制 运动部件的其它五个自由度 二、导轨的分类 分类 按是否固定 动导轨 支承导轨 按运动轨迹 直线运动导轨 圆运动导轨 按工作性质 主运动导轨 进给运动导轨 调整导轨 按接触面的性质 滑动导轨 滚动导轨 按结构形式 闭式导轨 开式导轨 导轨面靠自 重或外载荷 贴合，不能 承受倾覆力 矩 导轨面借助压 板，能承受倾 覆力矩 三、对导轨的

2、基本要求 导向精度 指动导轨运动轨迹的准确度 影响因素：导轨的几何精度、接触精度、结构形 式、导轨和支承件的刚度和热变形、装配质量等。 耐磨性 指抵抗磨损，精度长期保持的能力。 常见的磨损形式：磨料磨损、咬合磨损、接触疲劳 磨损等 主要影响素：导轨的摩擦性质、材料、热处理、受 力情况以及润滑和防护条件等。 刚度 指外载荷的作用下抵抗变形的能力 主要影响因素：导轨的结构形式、尺寸、与支承件 的连接方式以及受力情况等。 低速运动平稳性 指抵抗摩擦自激振动的能力，即导轨在低速运动或 微量进给时，消除爬行现象的能力。 主要影响因素：静动摩擦系数的差值、运动部件的 质量大小、导轨的结构形式以及润滑等。

3、此外：还应具有良好的工艺性、结构简单、便 于调整和维护保养等。 四、滑动导轨的结构 接触面为滑动摩擦副的导轨称为滑动导轨； 特点： 结构简单、工艺性好，使用维护方便； 摩擦系数大，磨损快，寿命短，容易产生爬行 应用最为广泛。 结构形式 矩形、V型（山型）、燕尾型、圆柱形 每种导轨都有凸凹之分 凸形（支承导轨）-不易存屑，也不易存油，多低速； 凹形-与上述相反，需防护 1. 直线运动导轨的截面形状 矩形导轨 靠两个彼此垂直的导轨面导向。 刚度高、承载能力大，容易加工制造，便于维修。但侧 导轨面磨损后不能自动补偿，需要有间隙调整装置 V型导轨 靠两个相交的导轨面导向。 导轨磨损后，能自动下沉补偿磨

4、损量 ，消除间隙，因此导向精度高。 顶角的大小：取决于承载要求和 导向精度等工作要求。一般：90120 当导轨面承受的水平力和垂直力相差 较大时，可采用不对称结构，以使导轨面 的受力均匀。 燕尾型导轨（是V形的变型，两个导轨面夹角为55） 高度小，结构紧凑，可承受倾覆力矩，间隙调整方便。但 摩擦阻力较大，承受倾覆力矩时，工作面为斜面，此时刚 度差，且制造、检验和维护不便。 一般用于高度要求小的多层移动部件。 圆柱形导轨 制造简单，容易达到较高的配合精度，但磨损后调整间隙 困难，为了防止转动，可在轴向开槽或者加工出平面，但 不能承受大的扭矩。 主要用于受轴向载荷的场合，如拉床、珩磨机、机械手 等

5、。 2.直线运动导轨的组合 就相对运动部件而言，如果导轨面窄，则不能 限制沿移动方向的转动自由度，所以，一般在 机床上，都采用2条导轨来承受载荷和导向。 在重型机床上，根据载荷情况，可以用到3条 4条导轨。 常见组合形式 双三角形组合 双矩形组合 三角形平导轨组合 三角形矩形组合 平平三角形组合 双三角形组合 同时起支承和导向作用； 磨损后能自动补偿水平和垂直方向的磨损量，保持位 置不变，导向精度高 要求四个表面刮削或磨削后同时接触，工艺性差；床 身与运动部件热变形不一致时，很难保证四个表面同 时接触。 常用于精度要求较高的机床，如坐标镗床、丝杠车床 等。 双矩形组合 主要承受与主支承面垂直的

6、作用力，承载能力 大，但导向性差； 制造简单，调整方便。闭合导轨面有压板，用 压板调整间隙；导向面用镶条调整间隙。 适用于普通机床或重型机床 三角形平导轨组合 导向性好，刚度大，制造方便，广泛应用，如 磨床、精密镗床、龙门刨床。（切削时力向下 ，或者加工时切削力很小，工作台没有抬起的 可能性） 三角形矩形组合 三角形作为主要导向面，具有双三角形的优点 ，但又比它制造方便，导向性比双矩形好。 三角形 磨损后不能调整，对位置精度有影响。 下图：普车上的两组导轨：内一组共尾架使 用；外侧一组：供溜板使用。 平平三角形组合 对于工作台宽度过大（如龙门刨5m，龙门铣 3m），为了不使工作台中间挠度过大，

7、可用3 根导轨组合。下图：龙门刨三角形起导向作 用，平导轨主要起支撑作用，不需要镶条调整 间隙。 从上述分析可知：各种导轨的特点各有不 同，因此选择时应注意一下几点： 要求导轨有较大的刚度和承载能力时，用矩形 导轨。中小型车床床身是山-矩形导轨的组合； 而重型车床上则用双矩形导轨来增加承载能 力。 要求精度高的机床用V型导轨。三角形导轨面 能同时导向和承载，能自动补偿间隙，导向性 好。 矩形导轨和圆形导轨工艺性好，制造、检验都 较方便。而三角形和燕尾型导轨则工艺性较 差。 要求结构紧凑、高度小、调整方便的机床用燕 尾型导轨 2.圆周运动导轨 主要用于圆形工作台、转盘或者转塔头架等旋转 部件 常

8、用的圆周运动导轨 平面圆环导轨 容易制造，热变形后仍能接触，适用于大直径的转台 但它只能承受轴向力，不能承受径向力，需要与带径向轴承的 主轴配合，来承受径向力 摩擦损失小，精度高，应用广泛，如滚齿机、立车等 锥形圆环导轨 既能承受轴向力，也能承受较大的径向力，热变形 后也不影响导轨接触，导向性比平面的好 但要保证锥面和主轴同心比较困难 母线斜度一般为30度； 常用于径向力较大的机床 V形圆环导轨 这种导轨能承受较大的轴向力、径向力、颠覆力矩 ，能保持很好的润滑，但制造复杂，需保证两个V形 锥面与主轴同心 V形一般用非对称形状 当床身和工作台热变形不同时，两导轨面将不同时 接触。 五、导轨间隙的

9、调整 导轨面之间的间隙应保持适当 太大，导向精度降低，可能还会引起震动 太小，则会增大运动阻力，加速导轨磨损 除了装配时对导轨的间隙做适当的调整，而且 在工作一段时间后，因磨损还需要重新调整间 隙。 调整的方法 镶条 压板 1.镶条调整 镶条用来调整矩形导轨和燕尾型导轨的侧 向间隙 镶条形式 平镶条 长度方向是等厚的，截面形状为矩形、平行四边 形、或梯形 斜镶条 沿长度方向有一定斜度，靠纵向位移使其两个侧面 分别与动导轨和支承导轨接触，调整间隙。常用斜 度为1:1001:40. 靠沿长度方向均布 的几个螺钉，使镶 条横向位移来调整 间隙，镶条制造容 易，但各处间隙不 易调的均匀，刚性 差 这种

10、镶条刚性好 ，装配方便，但 调整比较麻烦 平镶条 全长厚度变化；全长上 支承，但是所施加的力 由于斜楔增压作用，可 能会产生过的横向压力 ，调整时应细心。 几种调节螺钉 斜镶条 为了增加镶条在导轨间全长的均匀变形和比 压，可采用下面镶条，增加柔度 新型镶条（横向变形，厚度增加） 镶条的安装位置：根据导轨的工作条件来确定 从提高刚度考虑，镶条应放在不受力的一侧； 镶条位置确定了导向面及其导向面间的距离； 根据镶条安装的位置，出现了宽导向、窄导向 宽导向：两导向面距离宽b，调整镶条时，运动部件有较大的 位移。 窄导向：两导向面距离宽a，调整镶条时，运动部件位移小，热变 形对间隙影响小，有利于恢复机

11、床精度和丝杠副的正常位置。 对于普通机床，由于导轨所受载 荷大，为了提高接触刚度和减小 磨损，镶条应设置在不受力的一 侧。 对于精密机床，镶条应放在 受力的一侧，或两侧都放镶 条。因为力小，磨损小。 2.压板调整 机床工作时，若外载荷和部件自重能使两导轨在全长 上保持贴合，可采用无压板的开式导轨，否则可以采 用压板调整间隙并承受倾覆力矩，增加辅助导轨面来 保证主导轨面彼此贴合，即采用闭式导轨。 六、提高导轨耐磨性的措施 滑动导轨的优点是结构简单、制造方便、抗震性好，缺点 是磨损快。为了提高耐磨性，通常采取下面的方法： 1. 合理选择材料和热处理方法 导轨材料常用下面组合（前动导轨材料、后 固定

12、导轨材料） 铸铁铸铁：硬度相同，磨损大。可采用特殊的铸铁 提高耐磨性。 铸铁淬硬铸铁：表面淬火提高硬度 铸铁面覆淬硬钢板 塑料铸铁 注意： 为了提高耐磨性，导轨副材料的匹配应“一软 一硬”，一般应使动导轨软一些。 2. 提高接触精度和改善表面粗糙度 3. 减小导轨面压强，使导轨面磨损均匀 应合理设计各导轨面的尺寸，提高运动部件和支 承件的刚度，合理安排切削力、运动部件驱动力 和导轨间的相互位置，使导轨面上的压强分布合 理，磨损均匀。 4. 合理选择导轨润滑防护 人工加油润滑：适用于中小型机床的低速运动导 轨 油泵供油润滑：适于低中速、低载荷小行程或不 经常运动的导轨 自动润滑：指专用的润滑系统

13、，适用于重要的润 滑场合。 七、滑动导轨的设计内容 1. 根据机床的工作条件、性能特点，选择导轨的结 构类型 2. 选择导轨的截面形状和结构尺寸 3. 计算导轨面上的平均压强和最大压强，选择导轨 材料、表面精加工方法和热处理方法 4. 设计导轨磨损后的补偿和间隙调整装置 5. 设计导轨的润滑系统和防护装置 6. 确定导轨的精度和技术要求 八、滚动导轨 概念： 在动导轨面和支承导轨面之间放置滚动体（滚珠、滚 柱、滚针），导轨面之间的摩擦为滚动摩擦 特点 优点：灵敏度高、所需牵引力小；低速平稳性好，定 位精度高；动、静摩擦系数接近，不易爬行；磨损小 ，精度保持性好，使用寿命长，润滑简单，可采用最 简单的脂润滑，维修方便； 缺点：滚动导轨的刚度和抗振性较差，对脏物比较敏 感，必须要有良好的防护。 应用 常用于对运动灵敏度要求高的地方，如数控机床、机 器人、精密定位微量进给机构等。 滚动导轨的类型 按滚动体分 按循环方式 循环式：运动行程不受限制，装配使用都很方便 非循环式：行程有限 滚动导轨的预紧 为了提高承载能力、刚度、抗振性和运动精度，直线滚动 导轨需预紧 整体性直线运动导轨副由制造厂用选配不同钢球的方法来 进行调隙或预紧，用户可根据要求订货，一般不需要用户 自己调整； 对于分离式直线滚动导轨副和各种滚动导轨块，一般采用 各种调整元件进行调隙或预紧。 九、液体动压和静压导轨 自学