机床导轨的设计说明
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第六章 机床导轨的设计
第一节 概述
一、功用和分类 1.运动轨迹 （1）直线运动导轨 （2）圆周运动导轨 2.摩擦性质 （1）滑动导轨：静压导轨 动压导轨 （2）滚动导轨 3.工作性质 （1）主运动导轨 （2）进给运动导轨 （3）移置导轨 （4）卸荷导轨
Baidu Nhomakorabea
二、导轨应满足的基本要求
1.导向精度 导轨运动轨迹的精确度。
25
• 平面圆环导轨： 承载能力大 制造方便 只能承受轴向载荷
应用：立式车床 圆工作台磨床等 • 锥面圆环导轨：
导向性好 可承受轴向和径向载荷 • V形圆环导轨：
可承受较大轴向力、径向力和颠覆力矩 制造和装配比较困难 应用：立式车床的花盘导轨
三、导轨的间隙调整及导向面的选择
1.压板调整 （1）刮研或修磨 （2）螺钉调节 （3）改变垫片 2.镶条调整 （1）平镶条：在着力点有挠曲变形，刚度低 （2）斜镶条：斜度1：100～1：40 （3）镶条的位置：窄导向－－较好
P max(min)＝pF±pM＝F(1±6M/FL)/aL 关于参数M/FL取值的讨论：
M/FL>1/6 梯形分布 M/FL=1/6 三角形
M/FL=1/2 如果没有压板 pmax=∞
3.合理设计导轨的布局
• 减少磨损对加工精度的影响 例：车床导轨 矩形—山形组合
导轨面的磨损量在X、Z方向引起位移： x1 = ub sinβ－ ua sinα z1 = ub cosβ+ ua cosα
宽导向
四、滑动导轨的设计计算
1.导轨的受力分析 外力：重力 切削力 牵引力 反力：各导轨面支反力和支反力矩 例：数控车床纵向导轨
2.导轨的压强计算和压强分布
• 导轨的长度远大于宽度，故简化为一维 • 力F引起的压强pF：
pF=F/aL 倾覆力矩M： M =(PM / 2)(a L / 2) 故导轨上所受的最大、最小压强为：
磨损不均匀导致刀架的转动：γ角 敏感方向为刀尖水平位移△d
减小△d的措施： 增大导轨间距 导轨为对称三角形 增大凸三角形导轨内侧面宽度
第四节 滚动导轨
• 优点： 1.摩擦系数小 2.动、静摩擦系数很接近 3.润滑方便 • 缺点： 1.抗振性差 2.需要防护，对污染敏感
一、滚动导轨的结构形式
1.直线滚动导轨副 2.滚动导轨块
2.精度保持性 耐磨性
3.刚度 本身刚度 接触刚度 4.低速运动平稳性 “爬行”：低速运动 动静摩擦系数 自激振
动
三、导轨的主要失效形式
1.磨损 （1）磨粒磨损
导轨面间的坚硬微粒：切屑 尘土等 （2）咬合磨损
局部压强高，破坏吸附膜，裸露，冷焊 2.疲劳和压溃
滚动导轨多见失效形式 疲劳：表层接触应力 疲劳剥落 压溃：接触应力过大，产生塑性变形
承载能力和刚度较大 有专业厂家生产 二、滚动导轨的预紧
预紧虽增加刚度，但牵引力也显著提高 目标：刚度提高而牵引力增加不大 预紧方法： 1.采用过盈配合：预紧力应大于载荷 2.采用调整元件预紧
三、滚动导轨的计算
1.受力分析 2.滚动导轨的计算
以上有不当之处，请大家给与批评指正， 谢谢大家！
四、导轨的材料及其特点
1.铸铁－铸铁：较精密机床 灰铸铁与孕育铸铁、高磷铸铁和合金铸铁
2.铸铁－淬硬铸铁 支承导轨:HT200表面淬火,高出HB15~45
3.铸铁－淬硬钢板 碳素钢(T10A,T8A)或合金钢(40Cr等)
4.塑料－铸铁：粘贴聚四氟乙烯软带 5.有色金属－铸铁：重型机床
在动导轨上镶装有色金属板 ZQSn6-6-3 ZQAl-9-2
第二节 普通滑动导轨
一、直线运动导轨
导轨面的组成平面：4种 矩形：刚度高 承载能力大 制造方便 精度差 三角形：性能与顶角大小有关
燕尾形导轨: 承受颠覆力矩 刚度差 制造困难
圆柱形导轨：制造容易 磨损后难以补偿
• 常用组合形式：
双三角形
双矩形
三角形－矩形
矩形－燕尾形 双圆柱导轨
二、圆周运动导轨
第一节 概述
一、功用和分类 1.运动轨迹 （1）直线运动导轨 （2）圆周运动导轨 2.摩擦性质 （1）滑动导轨：静压导轨 动压导轨 （2）滚动导轨 3.工作性质 （1）主运动导轨 （2）进给运动导轨 （3）移置导轨 （4）卸荷导轨
Baidu Nhomakorabea
二、导轨应满足的基本要求
1.导向精度 导轨运动轨迹的精确度。
25
• 平面圆环导轨： 承载能力大 制造方便 只能承受轴向载荷
应用：立式车床 圆工作台磨床等 • 锥面圆环导轨：
导向性好 可承受轴向和径向载荷 • V形圆环导轨：
可承受较大轴向力、径向力和颠覆力矩 制造和装配比较困难 应用：立式车床的花盘导轨
三、导轨的间隙调整及导向面的选择
1.压板调整 （1）刮研或修磨 （2）螺钉调节 （3）改变垫片 2.镶条调整 （1）平镶条：在着力点有挠曲变形，刚度低 （2）斜镶条：斜度1：100～1：40 （3）镶条的位置：窄导向－－较好
P max(min)＝pF±pM＝F(1±6M/FL)/aL 关于参数M/FL取值的讨论：
M/FL>1/6 梯形分布 M/FL=1/6 三角形
M/FL=1/2 如果没有压板 pmax=∞
3.合理设计导轨的布局
• 减少磨损对加工精度的影响 例：车床导轨 矩形—山形组合
导轨面的磨损量在X、Z方向引起位移： x1 = ub sinβ－ ua sinα z1 = ub cosβ+ ua cosα
宽导向
四、滑动导轨的设计计算
1.导轨的受力分析 外力：重力 切削力 牵引力 反力：各导轨面支反力和支反力矩 例：数控车床纵向导轨
2.导轨的压强计算和压强分布
• 导轨的长度远大于宽度，故简化为一维 • 力F引起的压强pF：
pF=F/aL 倾覆力矩M： M =(PM / 2)(a L / 2) 故导轨上所受的最大、最小压强为：
磨损不均匀导致刀架的转动：γ角 敏感方向为刀尖水平位移△d
减小△d的措施： 增大导轨间距 导轨为对称三角形 增大凸三角形导轨内侧面宽度
第四节 滚动导轨
• 优点： 1.摩擦系数小 2.动、静摩擦系数很接近 3.润滑方便 • 缺点： 1.抗振性差 2.需要防护，对污染敏感
一、滚动导轨的结构形式
1.直线滚动导轨副 2.滚动导轨块
2.精度保持性 耐磨性
3.刚度 本身刚度 接触刚度 4.低速运动平稳性 “爬行”：低速运动 动静摩擦系数 自激振
动
三、导轨的主要失效形式
1.磨损 （1）磨粒磨损
导轨面间的坚硬微粒：切屑 尘土等 （2）咬合磨损
局部压强高，破坏吸附膜，裸露，冷焊 2.疲劳和压溃
滚动导轨多见失效形式 疲劳：表层接触应力 疲劳剥落 压溃：接触应力过大，产生塑性变形
承载能力和刚度较大 有专业厂家生产 二、滚动导轨的预紧
预紧虽增加刚度，但牵引力也显著提高 目标：刚度提高而牵引力增加不大 预紧方法： 1.采用过盈配合：预紧力应大于载荷 2.采用调整元件预紧
三、滚动导轨的计算
1.受力分析 2.滚动导轨的计算
以上有不当之处，请大家给与批评指正， 谢谢大家！
四、导轨的材料及其特点
1.铸铁－铸铁：较精密机床 灰铸铁与孕育铸铁、高磷铸铁和合金铸铁
2.铸铁－淬硬铸铁 支承导轨:HT200表面淬火,高出HB15~45
3.铸铁－淬硬钢板 碳素钢(T10A,T8A)或合金钢(40Cr等)
4.塑料－铸铁：粘贴聚四氟乙烯软带 5.有色金属－铸铁：重型机床
在动导轨上镶装有色金属板 ZQSn6-6-3 ZQAl-9-2
第二节 普通滑动导轨
一、直线运动导轨
导轨面的组成平面：4种 矩形：刚度高 承载能力大 制造方便 精度差 三角形：性能与顶角大小有关
燕尾形导轨: 承受颠覆力矩 刚度差 制造困难
圆柱形导轨：制造容易 磨损后难以补偿
• 常用组合形式：
双三角形
双矩形
三角形－矩形
矩形－燕尾形 双圆柱导轨
二、圆周运动导轨