机床导轨设计

时间:2023-03-14作者:佚名
了解导轨的功用和应满足的基本要求,导轨的主要结构类型、工作原理及应用场合;理解合理选择导轨截面形状、材料及热处理的基本方法;掌握调整导轨间隙的基本方法,以及提高导轨精度、刚度和耐磨性的措施。
  一、导轨的功用和应满足的基本要求
  导轨的主要功用是承受载荷和导向。
  导轨应满足的基本要求:1)导向精度高;2)承载能力大、刚度好;3)精度保持性好;4)低速运动平稳性好;5)结构简单,工艺性好。
  二、导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整
  直线运动导轨的截面形状主要有四种:矩形、三角形、燕尾形和圆柱形。
  不同截面形状的导轨可以互相组合,各种导轨副之中还有凸凹之分。凸型导轨易清除掉切屑,但不易存留润滑油;凹型导轨则相反。
  1)矩形导轨:具有承载能力大、刚度高、制造简便、检验和维修方便等优点;但缺点是存在侧向间隙,导向性差。矩形导轨适用于载荷较大而导向性要求略低的机床。
  2)三角形导轨:三角形导轨面磨损时,动导轨会下沉,自动补偿磨损量,不会产生间隙。其顶角α越小,导向性越好,但摩擦力越大;α越大,承载能力增加,但导向性变差。小α角的三角形导轨用于轻载精密机械,大α角用于大、重型机床。
  3)燕尾形导轨:可以承受较大的颠覆力矩,导轨的高度较小,结构紧凑,间隙调整方便。但是刚度较差,加工、检验和维修都不大方便。适用于受力小、层次多、要求间隙调整方便的部件。
  4)圆柱形导轨:制造方便、工艺性好,但磨损后较难调整和补偿间隙。主要用于承受轴向负荷的导轨,应用较少。
  常见不同截面形状导轨的组合形式:1)双三角形导轨:不需要调整间隙,接触刚度好,导向性和精度保持性好,但工艺性差,加工、检验和维修都不方便。多用于精度要求较高的机床中。2)双矩形导轨:承载能力大,制造简单。多用于普通精度机床和重型机床中。3)矩形和三角形导轨的组合:这类组合的导向性好,刚度高,制造方便,应用最广。4)矩形和燕尾形导轨的组合:能承受较大力矩,调整方便,多用在横梁、立柱、摇臂导轨中。
  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;如间隙过小,运动阻力大,导轨磨损加快。故应使导轨具有合理间隙,磨损后又能方便地调整。
  导轨间隙的调整方法:1)压板——用来调整辅助导轨面的间隙和承受颠覆力矩。压板用螺钉固定在运动部件上,用配刮的方法或垫片来调整间隙。2)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一侧。3)导向调整板——是一种新型镶条,调整时利用其横向变形增加厚度,对导轨间隙进行调整。其特点是调整方便,接触良好,磨损小。
  三、导轨的结构类型及特点
  1. 滑动导轨:滑动导轨的优点是结构简单,制造方便和抗振性良好,缺点是磨损快。
  2. 静压导轨:其工作原理与静压轴承相似。优点是摩擦系数小,在起动和停止时没有磨损,精度保持性好;其缺点是结构复杂,需要一套专门液压或气压设备,维修调整麻烦。多用于精密和高精度机床或低速运动机床中。静压导轨按结构形式分为开式和闭式两大类。
  3. 卸荷导轨:卸荷导轨主要用来降低导轨面的压力,减少摩擦阻力,提高导轨的耐磨性和低速运动平稳性,尤其对大、重型机床常采用卸荷导轨。
  4. 滚动导轨:滚动导轨与滑动导轨相比,具有如下优点:摩擦系数小,动、静摩擦系数很接近,故启动轻便,运动灵敏,不易爬行;磨损小,精度保持性好,寿命长;具有较高的重复定位精度;润滑简单。其缺点是抗振性较差。
  四、提高导轨精度、刚度和耐磨性的措施
  1. 合理选择导轨的材料和热处理方法
  常用导轨材料有铸铁、钢、有色金属和塑料等。1)铸铁导轨:有良好的抗振性、工艺性和耐磨性,应用最为广泛。2)镶钢导轨:采用淬火钢或氮化钢的镶钢支承导轨,其抗磨损能力比灰铸铁高5 ~ 10倍。3)有色金属:采用锡青铜或铝青铜镶装动导轨,可防撕伤,保证运动平稳,提高运动精度。4)塑料:摩擦系数小,低速运动稳定性好,耐磨性高,抗撕伤能力强,化学稳定性好;缺点是压缩变形较大。主要粘结在运动导轨上。
  为提高导轨耐磨性和防止撕伤,在选择导轨副材料时须注意,动导轨和支承导轨应分别选用不同的材料。如采用相同的材料,也应采用不同的热处理方法,使两者具有不同的硬度。一般较耐磨的材料(如淬火钢和淬火铸铁)用于长导轨和支承导轨,不耐磨的材料(如塑料和铸铁)用于短导轨和动导轨,以便于加工修理。
  2. 滚动导轨应合理的预紧
  对于精度要求较高、受力大小和方向变化较大的场合,滚动导轨应合理的预紧。
  3. 导轨的良好润滑和可靠防护
  可以降低摩擦力,减少磨损,降低温度和防止生锈,延长寿命。
  4. 争取做到无磨损;少磨损;均匀磨损;且磨损后应能调整间隙和补偿磨损量。

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