导轨的选型及计算

于提高数控系统的响应速度和灵敏度。 2 ）承载能力大，刚度高。
驱动功率小，只相当普通机械的十分之一。
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， 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 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 Lx=940mm,Ly=1090mm 一般可根据滑块导向部分的长
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
[9]
,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
机床类别
25mm × 25mm面积内的接触点数不得少于表
表 6-8 刮研导轨面 滑动导轨 每条导轨宽度／ ≤ 250 ＞ 250 16 12 8 25mm× 25mm内接触点数 移置导轨 mm ≤ 100 16 12 8 ＞ 100 12 10 6 12 10 6 镶条、压板 滑动面
fa ——精度系数，查表
工作条件
6-4 ；取
fa
=1.5
精度系数
表 6-4
fa
15m/min 1~1.5
无外部冲击或振动的低速运动的场合，速度小于
无明显冲击或振动的场合，速度为
15~60m/min
1.5~2
有外部冲击或高速运动的场合，速度大于
60m/min
2~3.5
fw ——载荷系数，查表
精度等级 2 1． 0
型 , 重 型 机
杂 , 成 本 高。常用 于重型机 床 如 立 静压导轨
力小。 2, 低速运动平稳 性好 3, 承载能力大 性 , 吸阵性好 套液压装置 调整困难 ,刚
床 , 精 密 机
4, 需要一 , 结构复杂 ,
上镶有青铜只类的金属 防止咬合磨损 , 提高耐
床 , 数 控机床 的工作 台
车 , 龙 门 铣床的导 轨上
1, 动导轨表面贴塑料软 带等与铸铁 或钢导轨 , 且动 , 不易 2, 主要应用 与中大型 机床压强 不大的导 轨应用日 益广泛 动压导轨
(90m/min~600m/min), 形成液体摩擦 大 , 抗阵性好 2, 阻尼 3, 结构简 ,
搭配 , 摩擦系数小 塑 导轨 料 静摩擦系数搭配
爬行 , 抗摩擦性能好。 贴塑工艺简单。
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
GGB20BAL2P 12 940 4 ，查表 9.3-73
[1]
得，这种导
轨的额定动，静载荷分别为 4 个滑块的载荷按表
Ca=13.6kN,Coa=20.3kN 。 9.3-48 序号 1 的载荷计算式计算。 : G=100× 9.8=980N F1=F2=F3=F4=1/4 （ G1+F ） =250N
导轨的选型及计算
[5]
按结构特点和摩擦特性划分的导轨类型见表 应用列于表中。
表 6-1 导 类型 轨 主要特点 应用 导轨类型特点及应用 导轨类型
6-1
, 各类导轨的主要特点及
主要特点
应用 广泛用 于各类 , 精密机 床 , 数 控 机
1, 运动灵敏度高 1, Leabharlann Baidu 导轨 动 结构简单 , 使用维修 普 通 机 滚动导轨 运动平稳性好
注 :1. 宽度接触达到要求后
磨削导轨表面的接触指标
(%)
移置导轨 全宽上 70 60 50 全长上 70 65 60 全宽上 50 45 40
, 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
导轨的几何精度主要是指导轨的直线度和导轨间的平行度 相关的几何精度参阅有关机械的精度标准。本机构导轨精度取
HT150 或 HT200 做动导轨。 6-6
[10]
JB/T3997-1994 标准对普通灰铸铁导轨的硬度要求如表
所示
常用耐磨铸铁与普通铸铁耐磨性比较见表
表 6-7 耐磨铸铁名称 磷铜钛耐磨铸铁 高磷耐磨铸铁 钒钛耐磨铸铁 稀土铸铁 铬钼耐磨铸铁
6-7
[8]
常用耐磨铸铁 耐磨性高于普通铸铁倍数 1.5 ～ 2 1 1～ 2 1 1
直线滚动导轨副的移动速度可以高达 , 使部分滚动体受载过大
, 造成破坏。因此 , 如果加速 , 采取多级制
: 减轻被移动物体的质量
, 降低物体的重心
, 在启动和制动时
, 增加阻尼装置等。
②刮屑板：利用毛毡或耐油橡胶制成与导轨形状相吻合的刮条，使之刮走 落在导轨上的灰尘，切屑等。 5) 注意润滑和防尘 滚动导轨通常采用钠基润滑脂润滑。如果使用油润滑。
应尽可能采用高拈度的润滑油。如果与其他机构同统一供油，则需附加滤油器。 在油进入导轨前再经一道精细的过滤。 为了防止异物浸入和润滑油泻出， 垫。 产品出厂时滑块座两端均装有耐橡胶密封
表 6-2 工作温度 / C 1
0
温度系数 150~200 200~250
100
100~150
ft fc ——接触系数，查表
每 根 导 轨 上 的滑块数 1
0 ． 90
0 ． 73
0 ． 60
6-3 ；得
2
fc
=1
接触系数 3 4 5
表 6-3
fc
1 ． 00
0 ． 81
0 ． 72
0 ． 66
0 ． 61
——指数，当导轨体为滚珠时， K——额定寿命单位（ fh ——硬度系数； fh ――（滚道实际硬度（
=3 ；当为滚柱时
=10/3 ；
KM ），滚珠时， K=50KM ；滚柱时， K=100KM ；
HRC ））。 58HRC ，故通常可取 fh =1
由于产品技术要求规定，滚道硬度不得低于 [7] ft ft ——温度系数，查表 6-2 , 得 =1
L h ——寿命时间（ ——额定寿命（ ——行程长度（
h） km） m ）
n 2 ——每分钟往返次数 则 Lh 30592 . 3h 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 L=26340.1km L h=25230h=14 年
工况为：每天开机
( 括号内数值 )。
0.2(0.1) 0.4(0.2)
)。
0.4(0.2) 0.8(0.4)
0.8(0.4) 1.6(0.8)
注 :1. 滑动速度大于
0.5 时 , 粗糙度应降低一级
2. 淬硬导轨的表面粗糙度应降低一级
( 括号内数值
表 6-10 机床类型 滑 ( 滚 ) 动导轨 全长上 Ⅲ级和Ⅲ级以上 Ⅳ级 Ⅴ级 80 75 70
单 , 不需复杂供油系统 使用维护方便
3, 刚度
4, 油膜
较低 , 耐热性差容易蠕 变
厚度随载荷与速度而变 化。影响加工精度 , 低速
重载易出现导轨面接触 镶钢导轨 工 艺 ,改 复 1, 摩擦系数很小 , 驱动
1, 在支撑导轨上镶装有 一定硬度的不钢板或钢 镶 钢 , 镶 属 轨 金 导 带 , 提高导轨耐磨性 善摩擦或满足焊接床身 结构需要。 2, 在动导轨
磨性 , 运动平稳精度高
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
GGB20BAL2P 12 940 4
[6]
具体数据见《机械设计 4
手册》 9-149
Y
方向初选导轨型号为
GGB20AAL 2 P1 2 1090
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
6-5 ；得 f w =1
表 6-5 3 1． 0 载荷系数 4 0． 9 5 0． 9
fw
则 L=27166Km 2) 寿命时间的计算 当行程长度一定，以 Lh h 为单位的额定寿命为： L 10
3
27166 10
3
30592 . 3 h
2 L a n 2 60
2 0. 74 1 60
式中 L La
静载荷 , 都是在各个滚珠受载均匀的理想状态下算出的。 力矩载荷和偏心载荷。否则 定的许用接触应力 精度等现象。 2) 提高刚度 , 减少振动 适当预紧可以提高刚度 , 一部分滚珠承受的载荷
, 导致过早的疲劳破坏或产生压痕并出现振动
, 噪声 , 降低移动
, 均化滚动体的受力从而提 ,
高寿命 , 并在一定程度上提高阻尼。但是预紧力过大会增加导轨副的摩擦阻力 增加发热 , 降低使用寿命。因此预紧力有其最佳值。 滚动支承的阻尼较小 , 因此要尽可能使它承受恒定的载荷。有过大的振动和 , 可以在移动的工作台
同理求出 Y 方向滚动导轨副的距离额定寿命：
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
表 6-6 硬度要求 导轨长度 (HBS) /mm 导 轨 铸 件 重 量 /t ≤ 2500 >2500 >3 >5 >10 190 180 175 165 255 241 241 241 ≤ 2500 >2500 由 几 何 件 连 接的导轨 不低于 不高于 灰铸铁导轨硬度要求 硬度不均匀性 导轨长度 /mm (HBS) 硬 度 差不 超 过 25 35 45
, 垂直度等。具体 3 级。
6.5 导轨设计和使用注意事项
正确合理地设计和使用滚动直线导轨副 少维修和保养时间。为此 , 应注意如下事项 : 滚动直线导轨副样本中给出的额定动 因此 , 必须十分注意避免 , 有可能超过计算 Ca 值时确 , , 可以提高耐用度和精度保持性 ,减
1) 尽量避免力矩和偏心载荷的作用
冲击载荷的场合不宜应用直线滚动导轨副。为了减少振动 上加装减振装置。条件许可时可安装锁紧装置 3) 降低加速度的影响 动和停止时 , 将产生一个力矩 度较大 , 应采取以下措施 动以降低加速度 4 ）导轨防护 ①固定保护：利用导轨中移动件俩端的延长物保护导轨。
, 加工时把不移动的工作台固定。 600m/min 。起
[6]
其中工作台的最大重量为
1) 滚动导轨的额定寿命计算公式 L= （ f h f
t
为： ） K=27166km
fc fa Ca/ fwPc km ）； KN ）； KN ）；
式中 L ——额定寿命（ Ca P Fmax Z ——额定动载荷（ ——当量动载荷（
——受力最大滑块所受的载荷（
KN）；
——导轨上的滑块数；
6-8
的规定。
Ⅲ级和Ⅲ级以上 Ⅳ级 Ⅴ级
20 16 10
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
[10] [10]
的要求 , 见表 6-9
机床 类型 Ⅲ级 和Ⅲ 级以 上 Ⅳ级 Ⅴ级 0.4(0.2) 0.8(0.4) 中小型 0.2 ～ 0.4(0.1 0.2) ～
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 ～ 2)mm 。硬度 (45 ～ 50)HRC。 (0.2 ～ 0.25)mm, 显微硬度 600HM左右。
1) 中频淬火，淬硬层深度
2) 接触加热自冷表面淬火，淬硬深度
, 低速 , 定位精
方便。 2, 未形成完全液 体 摩擦 时低 速 易爬 行 3, 磨损大寿命低 精度不稳定 , 运动
床 , 冶 金 设备上应 用普遍
度高。 2, 精度保持性好
磨损少 , 寿命长。 3, 刚性 和抗振性差 成本高 护 1, 速 度 高 , 结构复杂
, 要求良好的保
床 , 纺 织机械 等 主要用 语速度 高 , 精 度要求 一般的 机床主 运动导 轨 各种大
。接触面要求见表
表 6-9 动导轨 大型 0.4 ～ 0.8(0.2 0.4) ～
6-10
。
Ra 固定导轨
磨削导轨表面粗糙度
重型 0.8(0.4)
中小型 0.1 ～ 0.2(0.05 0.1) ～
大型 0.2 ～ 0.4(0.1 0.2) ～
重型 0.4(0.2)
1.6(0.8) 1.6(0.8)
1.6(0.8) 1.6(0.8)