导轨设计

为保证导轨具有合理间隙，磨 损后又能方便地调整。
1、压板 压板用来调整辅助导轨面的间隙， 承受颠覆力矩，用配刮垫片来调整间隙
2、镶条
镶条用来调整矩形导轨和燕尾 形导轨的侧向间隙，镶条应放在导 轨受力较小的一侧。
常用的镶条有平镶条和斜镶条二 种：①平镶条截面为矩形或平行四 边形，厚度均匀相等，由螺钉调整 间隙 易变形、刚度低，目前少用。 图3－106
缺点；刚性差，受力后产生变 形，对精度要求高的机床有影响。
粘贴塑料软带一般粘贴在较短 的动导轨上，表面开直线形或三字 形油槽，配对金属导轨面的粗糙度 要求在0.4~0.8μm，硬度在25HRC以 上。
比压<0.6~1×106帕
（厚度在0.1~10mm环氧树脂室温24小 时，厚的用埋头螺钉固定）
2、金属塑料复合导轨
卸荷导轨用来降低轨面的压力， 减小摩擦阻力，提高导轨的耐磨性 和低速运动平稳性。
1、机械卸荷
图3-115是常用的机械卸荷装置， 导轨上的一部分载荷由支承在辅助 导轨面a上的滚动轴承承受，卸荷力 的大小通过螺钉和碟形弹簧调节， 卸荷点的数目由动导轨上的载荷和 载荷系数决定。
卸荷系数 H表H示导轨FFH卸w 荷量的大小 式（中N）F—w—导轨上一个支承所承受的载荷
F 力（N）H—— 导轨上一个支座的卸荷
H =0.7大、重型机床 H ≤0.5高精度机床
2、液压卸荷导轨 图3－116（略） 3、自动调节气压卸荷导轨 图3－117（略）
（四）滚动导轨
在静、动导轨面之间放置滚动 体如滚珠、滚柱、滚针滚动导轨块 组成滚动导轨。图3－118
优点：摩擦因数小，动、静摩 擦因数很接近，摩擦力小，启动轻 便，运动灵敏，不易爬行，磨损小， 精度保持性好、寿命长，有较高的 重复定位精度，运动平稳，可采用 油脂润滑，润滑系统简单。
磨损的形式看：磨粒磨损、粘 着磨损、接触疲劳磨损。
影响耐磨性的因素：材料、载 荷状况、磨擦性质、工艺方法、润 滑。
4、低速运动平稳 动导轨作低 速运动或微量进给时，运动始终平情况、静、动摩擦系数之差。
5、结构简单、工艺性好，易于 加工
二、导轨的截面形状选择 和导轨间隙的调整
铸铁导轨材料用HT200硬度为 200~220HBS，适于中小载荷和不需 预紧，不承受动载的导轨上。
2、直线滚动导轨副的工作原理
图3-116为数控机床常用的滚动导轨 副，它由导轨1和滑块5组成。导轨条是 支承导轨，一般有两根，安装在支承件 （如床身上），滑块安装在运动部件上， 它可沿导轨条作直线运动，每根导轨条 上至少有2个滑块，滑块5中装有二组滚 珠4，两组滚珠各有自己的工作导轨和返 回导轨，当滚珠从工作轨道到滑块的端 部时，经端面挡板2和滑块中的返回轨道 孔返回，在导轨条和滑块的滚道内连续 地循环滚动，为防灰尘进入，采用密封 垫3密封。
金属塑料复合导轨板有三层， 内层为钢板，它保证导轨板机械强 度和承载能力，钢板上烧结一层多 孔青铜，形成多孔中间层，在青铜 间隙中压入聚四氟乙烯及其它填料。
图3-111
塑料可提高导轨板的导热性,当 青铜与配合面摩擦发热，热膨胀系 数远大于金属的聚四氟乙烯及其它 填料从多孔层中的孔隙中挤出，向 摩擦表面转移补充，形成表面厚约 0.01~0.05mm的表面自润滑塑料层。 这种复合板与铸铁导轨组合，静摩 擦因数小（0.04~0.06），摩擦阻力 显著降低，具有良好的阻尼特性， 良好的低速平稳性，成本低，刚度 高。
除能承受轴向载荷外，还能承 受一定的径向载荷，不能承受较大 的颠覆力矩，导向性比平面环形导 轨好，但制造困难。
3、双锥面导轨 图3－103c
双锥面导轨能承受较大的径向 力、轴向力、一定的颠覆力矩，但 制造研磨较困难。
（三）导轨的组合形式 直线运动导轨通常由两条导轨
组合而成，其形式有： 1、双三角形导轨 图3－104a
图3-113
优点：摩擦系数小，在启动、 停止时没有磨损，精度保持性好。
缺点：结构复杂，要求一套专 门液压或气压设备，维护调整麻烦。
用途：精密、高精密机床，低速 运动机床。
分类：按结构形式分为开式和闭 式
（三）卸荷导轨
重型机床工作台或工件重量大， 若全由导轨承受，则导轨承载截面 很宽，摩擦阻力很大，消耗了驱动 功率，产生爬行。
缺点：抗振性差，结构复杂， 成本较高。
应用范围：数控机床，机器人， 精密定位微量进给机床。
滚动摩擦系数 0.025~0.005 重复 定位误差0.2μm
滑动静摩擦 0.4~0.2 重复定位 误差10~20μm
滑动动摩擦系数 0.2~0.1
1、滚动导轨的类型
滚珠：点接触、承载能力差、
按
刚度低、 用于小载荷
双三角形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、维修不便，用于精度高的机床， 如丝杠车床，导轨磨床，齿轮磨床。
2、双矩形导轨 图3－104b 承载能力大，制造简单，多用 在普通精度机床和重型机床中，如 重型车床，组合车床，升降台铣床。
宽式组合：由两条导轨的外侧 导向，侧向间隙较大，用镶条调整
在铸铁床身上镶装钢导轨常用螺 钉或楔块挤紧固定 P152 图3-112
在钢制床身上镶装导轨一般用焊接 方法连接。
（二）静压导轨
工作原理 同静压轴承相似，在 动导轨面上均匀分布有油腔和封油 面，把具有一定压力的液体或气体 介质经节流器送至油腔内，使导轨 面之间产生一定压力，将动导轨微 微抬起，与支承导轨脱离实际接触， 浮在压力油膜或气膜上。
3、塑料涂层
应用较多的有环氧涂层，含氟 涂层，HNT耐磨涂层，它们以环氧 树脂为基体，加固体滑润剂二硫化 钼和胶体石墨及其它铁粉填充剂而 成，这种涂层有较高的耐磨性，硬 度，强度，导热率；在无润滑油的 情况下，能防止爬行，改善导轨的 运动特性，特别是低速平稳性。
4、镶钢导轨
镶钢导轨是将淬硬的碳素钢 （45）或合金钢导轨，分段地镶装 在铸铁或钢制的床身上，以提高导 轨的耐磨性。
非循环式滚动导轨的滚动体在运 行过程中不循环，因而行程有限， 运行中滚动体始终同导轨保持接触。
图3－118c
材料：滚动体的材料用轴承钢。
GCr19 GCr15 GCr15 SiMn
淬火后硬度达到60HRC以上， 支承导轨用淬火钢或铸铁制造。
钢导轨承载能力大，耐磨性高， 用低碳合金钢20Cr合金结构钢40Cr， 合金工具钢T8、T10。
1、导向精度 指动导轨运动轨 迹的准确度
主要影响因素：导轨的几何精 度和接触精度，结构形式、装配质 量、导轨与支承件刚度和热变形、 油膜刚度。
2、承载能力大，刚度好，根据 承受载荷的性质，方向和大小，合 理选择导轨的截面形状和尺寸，使 导轨有足够的刚度，保证机床的加 工精度。
3、精度保持性好，导轨原始精 度丧失的主要原因是磨损。
窄式组合：由一条导轨的两侧 导向 图3－104c
3、矩形和三角形导轨的组合 这类组合的导轨导向性好，刚 度高，制造方便，应用最广。如车 床、磨床、龙门铣床。
4、矩形和燕尾形导轨的组合 这类组合的导轨能承受较大力 矩，调整方便。
用于横梁、立柱、摇臂导轨。
（四）导轨间隙的调整
导轨面间的间隙对机床工作性 能有直接影响，如间隙过大，将影 响运动精度和平稳性，间隙过小、 运动阻力大，导轨的磨损加快。
3、滚动导轨块
图3-120 为滚动导轨块，用滚子 作滚动体，导轨2用螺针固定在动导 轨体3上，滚动体4在导轨块2与支承 导轨5之间滚动，并经两端的挡板1 和6及返回轨道返回，连续作循环运 动，这种滚动导轨块承载能力大，
刚度高，滚动导轨块由专业厂生产， 已系列化，模块化。
4、预紧
为提高承载能力，运动精度和刚度，直
（一） 直线运动导轨的截面形状 有四种：矩形、三角形、燕尾形、
圆柱形,并可相互结合、有凸、凹之 分。
1、 矩形导轨 图3－102a
凸形 容易清除切屑 不易存留润 滑油
凹形 与之相反
矩形导轨承载能力大、刚度高、 制造简便、检验、维修方便（优点）
存在侧隙、需用镶条调整，导向性差 （缺点）
用于载荷大，导向性要求略低的 机床
（二）回转运动导轨的截面形状 1、平面环形导轨 图3－103a
结构简单，制造方便，能承受 较大的轴向力，但不能承受径向力， 须与主轴联合（主轴定心）使用， 由主轴承受径向载荷。
这种导轨摩擦小，精度高，适 用于由主轴定心的各种回转运动导 轨的机床，如高速大载荷立式车床， 齿轮机床。
2、锥面环形导轨 图3－103b
线滚动导轨和滚动导轨块都可以进行预紧 直线滚动导轨副的预紧分四种情况：
重预载力 F0=0.1Cd 中预载力 F1=0.05Cd 载荷
Cd——额定动
轻预载力 F2=0.025Cd 无预载力 F3 预加载荷方法： a.用调整螺钉、垫块或 斜块移动导轨达到预紧实现图3-121
滚
图3－118a
动 体
滚柱：线接触、承载能力大、
分
刚度好、用于大载荷
图3－118b
滚针：线接触、常用于
径向载荷小的导轨
图3－118c
循环式
按循环方式分
非循环式
循环式滚动导轨的滚动体在运 行过程中，沿自己的工作轨道和返 回轨道作连续循环运动
P156图3-119
运动部件的行程不受限制，这 种结构装配使用都很方便，防护可 靠，应用广泛。
闭式导轨： 借助于压板使导轨能承受较 大的颠覆力矩的作用 压板1、2
e、f为主导轨面，压板1、2形成辅助导轨面g、h
普通滑动导轨
滑动导轨 静压导轨
II 按摩擦性质分
卸荷导轨
滚动导轨
（二）导轨应满足的基本要求
导轨应满足精度高、承载能力大、 刚度好、摩擦阻力小、运动平稳、 精度保持性好、寿命长、结构简单、 工艺性好、便于加工、装配调整和 维修、成本低。