机床主要部件设计_导轨设计

第三节 导轨设计
• 导轨具有承载和导向功能，且多数导轨的摩擦状态为混合 摩擦
• 机床导轨的质量在一定程度上决定了——机床的加工精度； 工作能力和使用寿命。
第三节 导轨设计
导轨应满足的基本要求
1）导向精度 导向精度：直线运动导轨的直线度（直线性）或者 圆周运动导轨的圆度（真圆性）。 导轨同其它运动件之间相互位置的准确性影响因素： （1）导轨的几何精度 （2）结构形式 （3）导轨及其支承件的自身刚度 （4）油膜刚度 （5）热变形等
2.分类及应用 （1）按运动性质分为 ◆ 主运动导轨 用于刨床、拉床、插 齿机的主运动导轨。
◆ 进给运动导轨 用于机床的进给系统中。
◆ 移置导轨 可调整部件之间的相对位置， 在机床中没有相对运动。如：卧式车床的尾座 导轨。
第三节 导轨设计
（2）按摩擦性质分为 滑动导轨、滚动导轨。 静压滑动导轨 液体摩擦，导轨间有压力油膜层，靠液压系统
图c：间隙调整后，再拧紧紧固螺栓。平镶条调整方便。
第三节 导轨设计
① 平镶条调整间隙
第三节 导轨设计
② 斜镶条调整间隙 调整方式：将动导轨的一面做成与镶条斜度相同，方向相反的 斜面，通过斜面配合，纵向移动镶条来调整导轨横向间隙。
图a：用螺钉推动镶条 纵向移动，结构简单，调 整方便。
缺点：螺钉的凸肩和镶 条沟槽间的间隙会引起镶 条在运动中窜动。
提供压力油膜。用于高精度机床进给导轨。 动压滑动导轨 液体摩擦，动压油膜的形成是利用滑移速度带
动润滑油从大间隙处向狭窄处流动形成的。 适用于主运动导轨。
普通滑动导轨 混合摩擦，导轨间有一定动压效应，速度较低， 导轨面处于接触状态。用于大多数普通机床。
滚动导轨 导轨面之间装有滚动元件（钢球），靠钢球的滚动 摩擦引导部件运动。广泛用于数控、精密和高精度机床。
《机械制造装备设计》
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第四章 机床主要部件设计 本章讲授内容
第一节 主轴组件设计 第二节 支承件设计 第三节 导轨设计 第四节 滚珠丝杠螺母副机构简介
(guide rail, sliding guide)
第三节 导轨设计
一、导轨的功用和分类
1.功用：承受载荷和导向。承受安装在导轨上的运动部件及工 件的质量和切削力，引导运动部件沿一定的轨迹运动。
对于三角形导轨，减小其顶角α，导轨的导向性能提高，但承 载能力下降。
一般机床取α= 900，重型机床取α≥900，精密机床和滚齿机取 α < 900。
第三节 导轨设计
③ 双三角形导轨
这种导轨不需要镶条调整间隙，接触刚度好，导向性和精度保 持性好。但工艺性差，加工、检验和维修不方便，只能配加工。
多用于精密机床，如丝杠车床、导轨磨床、齿轮磨床等。
图a ：通过精
图b：通过改变
图c：通过压板
磨或刮削压板厚 垫片层数和垫片厚度 和导轨间的平镶条调
度调整间隙。
调整间隙。
节间隙。
第三节 导轨设计
（2）矩形导轨和燕尾导轨的间隙调整 采用镶条来调整矩形导轨和燕尾导轨的侧面间隙。镶条应装在
导轨受力较小的一侧，以提高刚度。 ① 平镶条调整间隙
图a、图b：平镶条较薄，全长只由几个螺钉调整间隙，镶条在 几个点上受力，因此镶条易变形，刚度较低。
y,
x,z
窄支承平面 c 限制 2 个自由度 x，y
导轨制造容易，刚度和承载能力大，安装调整方便。但侧导向 需用镶条调整间隙补偿导轨面的磨损。广泛用于普通精度的中型车 床、组合机床、升降台铣床、数控机床等。
第三节 导轨设计
② 三角形和矩形导轨的组合
导轨的导向性好，制造方便、刚 度高。广泛用于车床、磨床、龙门 铣床、龙门刨、滚齿机、坐标镗床 的床身导轨。
第三节 导轨设计
图b：用双螺钉调节，能 避免镶条窜动，性能较好。
第三节 导轨设计
③ 双三角形导轨
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④ 燕尾形和矩形导轨的组合
这组导轨调整方便，承载力矩大。广泛用在机床的横梁、立柱、 摇臂导轨中。
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⑤ 双燕尾形导轨
是一种不用辅助导轨副的闭式导轨。导轨高度小，可承受颠覆 力矩。
燕尾导轨是过定位，必须用镶条调整摩擦面的间隙。由于结构 原因，此导轨刚度差，加工、检验、维修不方便。
第三节 导轨设计
导轨应满足的基本要求
3）低速运动平稳性：保证在作低速运动或微量位移时不出 现不平稳现象。
影响：使加工表面粗糙度增大；定位运动时的不平稳， 将降低定位精度。
影响因素：导轨的结构和润滑；动、静摩擦系数的差值； 传动动导轨运动的传动系统的刚度等。
第三节 导轨设计
导轨应满足的基本要求
4）结构工艺性 在可能的情况下，应尽量使导轨结构简单，便于制造和
用于受力小，结构层数多，间隙调整方便处，如牛头刨床滑枕导 轨、卧式车床的刀架导轨等。
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• 滑动摩擦导轨截面的常用形式 凸形导轨 – 不易存屑、脏物、润滑油，低速使用。 凹形导轨 – 与上相反，高速导轨，需保护装置。
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2.导轨间隙的调整
（1）辅助导轨间隙调整
采用压板 调整辅助导轨面间隙，承受颠覆力矩。
第三节 导轨设计
导轨应满足的基本要求
2）精度保持性：导轨设计制造的关键，也是衡量机床优劣的 重要指标之一。影响精度保持性的主要因素是磨损，即导轨 的耐磨性。
刚度不足，影响部件之间的相对位置精度和导轨的导向 精度，使导轨面上的比压分布不均，加剧导轨的磨损。
耐磨性——导向精度能否长期保持。导轨耐磨性与导轨材 料、导轨面的摩擦性质、导轨受力情况及两导轨相对运动速 度等有关。
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（3）按结构形式分为 开式导轨、闭式导轨 。 开式导轨 是利用部件质量和载荷，使导轨副在全长上始终保 持接触的导轨。 开式导轨不能承受较大颠覆力矩。用于大型机床的水平导轨。 闭式导轨 是在开式导轨上增加辅助导轨而构成。 如图，压板和床身导轨下底面 a 组成的辅助导轨。
闭式导轨能保持导轨副始 终接触，故能承受较大的颠 覆力矩。
维护。 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。
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二、滑动导轨结构设计
1.导轨的截面形状选择 要使动导轨严格按规定的轨迹运动，必须限制五个自由度。因 导轨的摩擦面宽度较小，故导轨可视为 窄定位板。
① 双矩形导轨
两个窄支承平面 一个定位面，限制 3
a、b 构成 个自由度