导轨设计

类型 特点
矩形 制造简单，刚度和承 载能力大； 水平方向和垂直方向 上的位移互不影响，安 装、调整方便； 导向面磨损后不能自 动补偿间隙。
三角形 在垂直载荷作用 下，导轨磨损后能 自动补偿，导向性 好； 压板面需有间隙 调整装置； 顶角增大，承载 力增加，但导向精 度差。
燕尾形
圆形
磨损Baidu Nhomakorabea不能自动补偿 制造简单，内
普通滑动导轨
第4章 导轨设计 滚动导轨
滚珠导轨 滚柱导轨 滚针导轨 滚动轴承导轨
两导轨面间 的摩擦性质 是滚动摩擦
在两导轨面间装有球、滚子或滚针等滚动元件，具 有滚动摩擦的性质，广泛地应用于进给运动导轨和 旋转主运动导轨。
第4章 导轨设计
2、按受力情况分 开式导轨
必须借助于外力才 能保证动、静导轨 面间的接触
硫化钼和石墨等，对润滑油的供油量要求不高，无润 滑油也能工作。 ④化学稳定性好
塑料导轨耐低温，耐强酸、强碱、强氧化剂及各 种有机溶剂，具有很好的化学稳定性。
第4章 导轨设计
• ⑤工艺性好 可降低对粘贴塑料的金属基体的硬度和表面质
量的要求，且塑料易于加工，能获得优良的导轨 表面质量。 • 由于聚四氟乙烯导轨软带具有这些优点，所以 被广泛应用于中、小型数控机床的运动导轨上。
(2) 接触精度
磨削和刮研的导轨表面，接触精度按 JB2278的规定，采用着色法进行检查。用 接触面所占的百分比或25×25mm2面积内 的接触点数衡量。
第4章 导轨设计
三、导轨的基本要求
导向精度 精度保持性 低速平稳性 足够的刚度 结构工艺性好
影响精度保持性的主要因素是 磨损。
影响因素：导轨的材料、热处 理、加工的工艺方法、磨擦性 质及受力情况（即导轨的比压、 润滑和防护）等有关。
第4章 导轨设计
• （1）聚四氟乙烯导轨软带的特点：
• ①摩擦特性好 其摩擦因数小，且动、静摩擦因数差别很小，低速
时能防止爬行，使运动平稳和获得高的定位精度。 • ②减振性好
塑料的阻尼特性好，其减振消音性能对提高摩擦副 的相对运动速度有很大意义。
第4章 导轨设计
③耐磨性好 塑料导轨有自润滑作用，材料中又含有青铜粉、二
五、数控机床常用的导轨
目前数控机床使用的导轨主要有 3种：塑料滑动导轨、滚动导轨和静 压导轨。
第4章 导轨设计 1、塑料滑动导轨
• 传统的铸铁-铸铁滑动导轨，除经济型数控 机床外，其它数控机床已不在采用。取而代之 的是铸铁-塑料或镶钢-塑料滑动导轨。 • 塑料导轨常用在导轨副的运动导轨上，与 之相配的是铸铁或钢质导轨。
第4章 导轨设计
2）直线运动导轨的组合形式
② V形一平导 轨组合。
不需要用镶条调整间隙，导向精度高，加工装配也较 方便，温度变化不会改变导轨面的接触情况，但热变形会 使移动部件水平偏移，通常用于磨床、精密镗床上。
第4章 导轨设计
2）直线运动导轨的组合形式
③双矩形组合。 这种导轨主要承受与主支承面相垂直的作用力。此外， 侧导向面要用镶条调整间隙，接触刚度低，承载能力大， 导向性差。双矩形组合导轨制造、调整简单，用于普通精 度机床，如升降台铣床、龙门铣床等。
第4章 导轨设计
2）直线运动导轨的组合形式
④ 三角形一矩形组合。
三角形一矩形组合导轨兼有导向性好、制造方便等优 点，应用最为广泛。常用于车床、磨床、精密镗床、滚齿 机等机床上。三角形导轨作主要导向面，导向性比双矩形 好。三角形导轨磨损后不能调整，对位置精度有影响。
第4章 导轨设计
2）直线运动导轨的组合形式
第4章 导轨设计
（2）导轨软带的粘贴工艺
导轨软带使用工艺很简单，它不受导轨形式限制，各 种组合形式的滑动导轨均可粘贴。
粘贴的工艺过程是：先将导轨粘贴面加工至表面粗糙 度Ra3.2～1.6，将导轨粘贴面加工成0.5～1mm深的凹槽， 然后用汽油或金属清洁剂或丙酮清洗粘贴面，将已经切割成 形的导轨软带清洗后用胶粘剂粘贴，固化1～2h后，再合拢 到固定导轨或专用夹具上，施加一定的压力，在室温下固化 24h，取下清除余胶即可开油槽进行精加工。由于这类导轨 采用粘接方法，习惯称为“贴塑导轨”。
间隙，需用间隙调整装 孔可珩磨，外圆
置；
经过磨削可达到
两燕尾面起压板面作 精密配合；
用，用一根镶条就可调 磨损后调整间
整水平、垂直方向的间 隙困难。
隙；
导轨制造、检验和修
理较复杂
摩擦阻力大。
普通精度的机床或重型 应用 机床。
同左
一般用于要求高度小的 用于同时作移动
多层移动组合部件，广
和转动的场合。 如拉床、机械手
机械工程系
第4章 导轨设计
②三角形导轨
山形导轨及V形导轨均称三角形 导轨，当其水平布置时，在垂直载荷 作用下，导轨磨损后能自动补偿，不 会产生间隙，因此导向性好。但压板 面仍需要有间隙调整装置。导向性能 与顶角有关，顶角α越小，导向性越 好；α角加大，承载能力增加。大型 或重型机床，可取α=110°～120°精 密机床，常取α＜90°。支承导轨为 凸三角形时，不易积存较大切屑，也 不易存润滑油。
机械工程系
第4章 导轨设计
④圆柱形导轨。
制造简单，内孔可珩磨，外圆 经过磨削可达到精密配合，但磨 损后调整间隙困难。为防止转动， 可在圆柱表面上开键槽或加工出 平面，但不能承受大的转矩。圆 柱形导轨主要用于受轴向载荷的 场合，适用于同时作直线运动和 转动的场合，如拉床、珩磨机及 机械手等。
不同截面形状导轨的特点
三、导轨的基本要求
导向精度 精度保持性 低速平稳性 足够的刚度 结构工艺性好
在可能的情况下，应尽量使导 轨结构简单，便于制造和维护。
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。
导轨的分类
直线运动导轨 按运动轨迹分类 圆周运动导轨
按工作性质分类 按摩擦性质分类
主运动导轨
1）直线滑动导轨 的截面形状 ①矩形导轨。 ②三角形导轨。 ③燕尾形导轨。 ④圆柱形导轨。
机械工程系
第4章 导轨设计
①矩形导轨。
制造简便，刚度和承载能力大， 水平方向和垂直方向上的位移互不 影响，因此安装、调整都较方便。 M面是保证在垂直面内直线移动精 度的导向面，又是承受载荷的主要 支承面；N面是保证水平面内直线 移动精度的导向面。因N面磨损后 不能自动补偿间隙，所以需要有间 隙调整装置。
泛用于仪表机床。
等。
第4章 导轨设计
2）直线运动导轨的组合形式
从限制自由度的角度出发，采用一条导轨即可。 用一条导轨，移动部件无法承受颠覆力矩。 直线运动导轨一般由两条导轨组合。 重型机床，常用三条或三条以上导轨的组合。
第4章 导轨设计
2）直线运动导轨的组合形式
① 双三角形组合。 ② 双矩形组合。 ③ V形一平导轨组合。 ④ 三角形一矩形组合。 ⑤ 平－平－三角形组 合。
机械制造装备设计
第4章 导轨设计
机械工程系丁金福
第4章 导轨设计
重点：导轨结构，导轨的验算 难点：导轨的验算
第4章 导轨设计
一、导轨的功用、分类和基本要求
1、功用：是起导向及支承作用，即保证运动部件在外力的作用下(运 动部件本身的重量、工件重量、切削力及牵引力等)能准确 地沿着一定方向的运动。
2、基本组成: 运动件、承导件 承导件 (静导轨) : 导轨副中设在支承构件上的，其导轨面为承导 面，比较长。支承和限制运动件，使其只能按 给定方向运动。 运动件（动导轨） : 设在运动件上的，导轨面一般较短。作直线 运动。
• 数控机床上常用聚四氟乙烯导轨软带和 环氧耐磨涂层导轨两类。
第4章 导轨设计
1）贴塑导轨
贴塑导轨是在导轨滑动面上贴一层抗磨塑料软带。 贴塑导轨软带以聚四氟乙烯（PTFE）为基材，青铜粉、二 硫化钼和石墨等填充剂混合制成，并做成软带状。聚四氟乙烯 是现有材料中摩擦因数最小（0.04）的一种，但纯的聚四氟乙 烯不耐磨，因此需要添加一些填充剂。 塑料软带可切成任意大小和形状， 用粘结剂粘接在导轨基面上，由 于这类导轨软带用粘接方法，习 惯上称贴塑导轨。
第4章 导轨设计
2）直线运动导轨的组合形式
①双三角 形组合。
这种导轨同时起支承、导向作用，磨损后相对位置不变， 能自行补偿垂直方向及水平方向的磨损，导向精度高，但 要求四个表面的刮削或磨削后接触，工艺性较差，床身与 运动部件热变形不一样时，不易保证四个面同时接触。这 种导轨用于龙门刨床与高精度车床。
导向精度 精度保持性 低速平稳性 足够的刚度 结构工艺性好
导轨的刚度是机床工作质量的重 要指标，它表示导轨在承受动静 载荷下抵抗变形的能力，若刚度 不足，则直接影响部件之间的相 对位置精度和导向精度，另外还 使得导轨面上的比压分布不均， 加重导轨的磨损，因此导轨必须 具有足够的刚度
第4章 导轨设计
机械工程系
第4章 导轨设计
③燕尾形导轨。
可以看成是三角形导轨的变形。 其磨损后不能自动补偿间隙，需用镶条 调整。两燕尾面起压板面作用，用一根 镶条就可调整水平、垂直方向的间隙。 导轨制造、检验和修理较复杂，摩擦阻 力大。当承受垂直作用力时，它以支承 平面为主要工作面，它的刚度与矩形导 轨相近；当承受颠覆力矩时，其斜面为 主要工作面，刚度较低。燕尾形导轨一 般用于要求高度小的多层移动部件。两 个导轨面间的夹角为55。
导轨在外载荷作用下抵抗变形的 能力。
导轨低速运动或微量位移时不出 现爬行现象。
结构简单、工艺性好。
第4章 导轨设计
（1）几何精度
反映了导轨在低速空载运动时的导向精度。 直线运动导轨的几何精度:
导轨在竖直平面 内的直线度 。
导轨在水平平面 内的直线度 。
两导轨面间的 平行度。
第4章 导轨设计
第4章 导轨设计
三、导轨的基本要求
导向精度 精度保持性
当动导轨作低速运动或微量位移时， 应保证导轨运动的平稳性，即不出现 爬行现象。
低速平稳性 影响因素：导轨的结构、材料、润滑；
足够的刚度
动、静摩擦系数的差值；运动部件的
结构工艺性好 质量；传动导轨运动的传动链的刚度
等。
第4章 导轨设计
三、导轨的基本要求
数控机床常用直线运动滑动导轨的截面形状的组合 形式主要有：三角形一矩形、矩形一矩形。这两种导轨 的刚度高，承载能力强，加工、检验和维修方便。
第4章 导轨设计
工作台由一 条导轨的两 侧导向
由两条导 轨的内侧 导向
宽导轨导向面的距离较大，热膨胀时变形量大， 须留较大的侧向间隙，因而导向性不如窄式好。
第4章 导轨设计
进给运动导轨
移置导轨
滑动导轨 滚动导轨
液体动压导轨
液体静压导轨 混合摩擦导轨 边界摩擦导轨
按受力情况分类
开式导轨 ：不能承受较大颠覆力矩的作用 闭式导轨 ：借助于压板使导轨能承受较大
的颠覆力矩作用。
第4章 导轨设计
四、常用机床导轨
1、滑动导轨 应用于对低速均匀性及定位精度要求不高的机床中。
（1）滑动导轨的结构
⑤平－平－三 角形组合
是用于重型龙门刨床工作台导轨的一种形式，三角形导轨主 要起导向作用，平导轨主要起承载作用，不需用镶条调整间隙。
第4章 导轨设计
3）圆周运动导轨
主要用于圆形工作台、转盘和转塔头架等旋转运动部件。 ①平面圆环导轨 。
②锥形圆环导轨 。
③V形圆环导轨 。
第4章 导轨设计
4）数控机床常用的组合形式
闭式导轨
依靠导轨本身的几 何形状保证动、静 导轨面间的接触
第4章 导轨设计 3、校运动轨迹可分为直线运动和圆周运动导轨。
第4章 导轨设计
三、导轨的基本要求
导向精度 精度保持性 运动精度 足够的刚度 结构工艺性好
指动导轨运动轨迹的准确度。 它是 保证导轨工作质量的前提，是对导 轨的基本要求。
影响因素:导轨的几何精度和接触精 度、结构型式、装配质量、导轨与 支承件的刚度、热变形及油膜刚度 （指动、静压导轨）。
基本要求
导向 精度
耐磨
性 基
本 要
刚度
求
低速运动
平稳性
其他 方面
垂直面内的直线度
运动部件沿导轨运动 水平面内的直线度
时的准确度。
两导轨之间平行度
在长期使用中保持其 导向精度的能力。
第4章 导轨设计
3、导轨的导向原理（保留一个移动自由度） 导轨的导向面 z 棱柱面 y x
圆柱面
第4章 导轨设计
二、导轨的分类
1、按摩擦性质分
两导轨面间的 摩擦性质是滑
动摩擦
滑动导轨
静压导轨 ：油膜压强靠液压泵建立，
两导轨面间有一层静压油膜，多用于 进给运动导轨。
动压导轨：当导轨面间的相对滑动
速度达到一定值后，液体的动压效应 使导轨油腔处出现压力油楔，把两导 轨面分开，从而形成液体摩擦。只能 用于高速的场合，故仅用作主运动导 轨。