导轨的选型及计算

导轨的选型及计算

按结构特点和摩擦特性划分的导轨类型见表6-1[5],各类导轨的主要特点及应用列于表中。

表6-1 导轨类型特点及应用

6.1 初选导轨型号及估算导轨长度

X 方向初选导轨型号为494012GGB 20B AL2P -⨯ [6]具体数据见《机械设计手册》9-149 Y 方向初选导轨型号为4109022G G B20AAL 1-⨯P

导轨的运动条件为常温，平稳，无冲击和震动 为何选用滚动直线导轨副：

1）滚动直线导轨副动静摩擦力之差很小，摩擦阻力小，随动性极好。有利

于提高数控系统的响应速度和灵敏度。驱动功率小，只相当普通机械的十分之一。

2）承载能力大，刚度高。

3）能实现高速直线运动，起瞬时速度比滑动导轨提高10倍。

4）采用滚动直线导轨副可简化设计，制造和装配工作，保证质量，缩短时间，降低成本。

导轨的长度：

由于导轨长度影响工作台的工作精度和高度，一般可根据滑块导向部分的长度来确定导轨长度。

其公式为：

L=H+S+△l-S1-S2

由此公式估算出Lx=940mm,Ly=1090mm

其中L—导轨长度

H—滑块的导向面长度

S—滑块行程

△l—封闭高度调节量

S1—滑块到上死点时，滑块露出导轨部分的长度

S2—滑块到下死点时，滑块露出导轨部分的长度

6.2 计算滚动导轨副的距离额定寿命

X方向的导轨计算

X方向初选导轨型号为4

940

12

GGB20B AL2P-

⨯，查表9.3-73[1]得，这种导轨的额定动，静载荷分别为Ca=13.6kN,Coa=20.3kN。

4个滑块的载荷按表9.3-48序号1的载荷计算式计算。

其中工作台的最大重量为:

G=100×9.8=980N

F1=F2=F3=F4=1/4（G1+F）=250N

1)滚动导轨的额定寿命计算公式[6]为：

L=（f

h f

t

fc fa Ca/ fwPc）

ε

⨯K=27166km

式中 L——额定寿命（km）；

Ca——额定动载荷（KN）；

P——当量动载荷（KN）；

Fmax——受力最大滑块所受的载荷（KN）； Z——导轨上的滑块数；

ε——指数，当导轨体为滚珠时，ε=3；当为滚柱时ε=10/3； K ——额定寿命单位（KM ），滚珠时，K=50KM ；滚柱时，K=100KM ； fh ——硬度系数；

fh ――（滚道实际硬度（HRC ））。

由于产品技术要求规定，滚道硬度不得低于58HRC ，故通常可取fh =1

ft ——温度系数，查表6-2[7],得t f

=1

表6-2 温度系数

fc ——接触系数，查表6-3；得

c

=1

fa ——精度系数，查表6-4；取

a

=1.5

fw ——载荷系数，查表6-5；得

w

=1

则L=27166Km

2)寿命时间的计算

当行程长度一定，以h 为单位的额定寿命为：

h n L L L a h 3.3059260

174.021027166602103

23=⨯⨯⨯⨯=⋅⋅⋅=

式中 h L ——寿命时间（h ） L ——额定寿命（km ） La ——行程长度（m ） 2n ——每分钟往返次数 则h L h 3.30592

工况为：每天开机6个小时，每年300个工作日，则预计寿命年限为：

L h =30592.3/300×6=16.9年 同理求出Y 方向滚动导轨副的距离额定寿命：

L=26340.1km L h =25230h=14年

6.3导轨材料与热处理

机床滑动导轨常用材料主要是灰铸铁和耐磨铸铁。

灰铸铁通常以HT200或HT300做固定导轨，以HT150或HT200做动导轨。 JB/T3997-1994标准对普通灰铸铁导轨的硬度要求如表6-6[10]所示

常用耐磨铸铁与普通铸铁耐磨性比较见表6-7[8]

表6-7 常用耐磨铸铁

导轨热处理:一般重要的导轨，铸件粗加工后进行一次时效处理，高精度导轨铸件半精加工后还需进行第二次时效处理。

常用导轨淬火方法有:

1)中频淬火，淬硬层深度(1～2)mm 。硬度(45～50)HRC 。

2)接触加热自冷表面淬火，淬硬深度(0.2～0.25)mm,显微硬度600HM 左右。

这种淬火方法主要用于大型铸件导轨。

6.4导轨的技术要求

6.4.1表面粗糙度

1)刮研导轨刮研导轨具有接触好、变形小、可以存油、外观美等特点,但劳动强度大、生产率低。主要用于高精度导轨。

刮研导轨轨面每25mm×25mm面积内的接触点数不得少于表6-8[9]的规定。

2)导轨生产率高,是加工淬硬导轨唯一方法，磨削导轨表面粗糙度应达到的要求,见表6-9[10]。接触面要求见表6-10[10]。

表6-9 磨削导轨表面粗糙度Ra

注:1.滑动速度大于0.5时,粗糙度应降低一级(括号内数值)。

2.淬硬导轨的表面粗糙度应降低一级(括号内数值)。

表6-10 磨削导轨表面的接触指标(%)

注:1.宽度接触达到要求后,方能作长度的评定。

2.镶条按相配导轨接触指标检验。

6.4.2几何精度