机床导轨设计

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。