2017机械制造装备设计v30-第12章

机械制造装备设计（ManufacturingEquipmentDesign）[e-mail]机械类专业必修课机械制造装备设计2机械制造装备设计机床概述运动分析典型机床车床齿轮加工机床其他机床机床设计总体设计运动系统主传动系统设计进给传动系统设计控制系统关键组件主轴组件导轨支承件第十二章导轨3第十二章导轨第一节导轨的功用、分类和应满足的要求第二节导轨的材料第三节滑动导轨的结构第四节滑动导轨的验算第五节各种滑动导轨的设计特点第六节直线运动滚动支承第七节导轨的润滑与防护第八节提高导轨耐磨性的措施第九节低速运动平稳性4第十二章导轨内容：机床导轨的功用、分类和应满足的要求及设计步骤；滑动导轨、滚动导轨的设计特点。要求：对机床导轨具有结构分析及初步的设计能力。5第十二章导轨导轨副机床上两相对运动部件的配合面组成一对导轨副。动导轨相对于支承导轨只有一个自由度。动导轨：在导轨副中，运动的一方。支承导轨：在导轨副中，不动的一方。612.1导轨的功用、分类和应满足的要求一、导轨的功用和分类1、功用：导向和承载导轨主要用来支承和引导运动部件沿着一定的轨迹运动。712.1.1导轨的功用、分类2、分类（1）按运动轨迹用来保证零部件作直线运动的机构称为直线运动导轨；用来保证零部件作圆周运动的机构称为圆周运动导轨。812.1.1导轨的功用、分类2、分类（2）按运动性质主运动导轨:动导轨与支承导轨之间，相对运动的速度较高。进给运动导轨:动导轨与支承导轨之间，相对运动的速度较低。移置导轨：只用于调整部件之间的相对位置，移置后固定，在加工时没有相对运动。912.1.1导轨的功用、分类（3）按摩擦性质滑动导轨滚动导轨：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。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。普通滑动导轨1012.1.1导轨的功用、分类（4）按受力状况开式导轨：在部件自重和外载作用下，导轨面在全长上可以始终贴合的导轨。闭式导轨：在较大的倾覆力矩时，部件自重不能使导轨面贴合，必须用压板作为辅助导轨面保证主导轨面贴合的导轨。11开式导轨闭式导轨12.1导轨的功用、分类和应满足的要求二、导轨应满足的要求导轨性能的好坏，直接影响机床的加工精度、承载能力和使用寿命。导向精度精度保持性低速运动平稳性结构简单、工艺性好1212.1.2导轨应满足的要求1．导向精度导向精度: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）。1312.1.2导轨应满足的要求（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。1412.1.2导轨应满足的要求（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。1512.1.2导轨应满足的要求2．精度保持性（耐磨性）影响精度保持性的主要因素是磨损。必须提高导轨的耐磨性，尽可能减小导轨的磨损的不均匀程度（沿导轨全长的均匀和不均匀磨损都会影响其精度），并使磨损后能自动补偿或调整。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。1612.1.2导轨应满足的要求3．低速运动平稳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。进给运动爬行，影响被加工工件的粗糙度、加工精度。定位运动爬行，将降低定位精度。垂直运动不可能出现爬行现象。影响因素：导轨的结构、材料、润滑；动、静摩擦系数的差值；运动部件的质量；传动导轨运动的传动链的刚度等。1712.1.2导轨应满足的要求4．结构简单、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。1812.2导轨的材料导轨的材料：铸铁、钢、有色金属、塑料等。对导轨材料的主要要求：耐磨性高、工艺性好、成本低等。1912.2导轨的材料铸铁1、特点：成本低，有良好的减振性和耐磨性，易于铸造和切削加工。2、材料：灰铸铁HT200。孕育铸铁HT300。耐磨铸铁。3、铸铁导轨的淬火：感应淬火和火焰淬火。目的：提高导轨表面的硬度，提高耐磨性。2012.2导轨的材料钢1、应用：镶钢支承导轨。2、特点：可大幅度地提高导轨的耐磨性。工艺复杂、加工较困难、成本也较高。3、常用材料：45或40Cr，整体淬硬，HRC≥48。20Cr，渗碳淬硬，HRC≥60。2112.2导轨的材料有色金属1、应用：用有色金属板材镶装导轨在动导轨上，与铸铁的支承导轨相搭配。2、特点：耐磨性较高，可以防止撕伤和保证运动的平稳性和提高移动精度。3、材料：锡青铜ZQSn6-6-3铝青铜ZQAl9-4黄铜H62、H682212.2导轨的材料塑料1、应用：在动导轨上镶装塑料软带。与淬硬的铸铁支承导轨和镶钢支承导轨组成导轨副。2、特点：摩擦系数低、耐磨性高、抗撕伤能力强、低速时不易出现爬行、加工性和化学稳定性好、工艺简单、成本低等优点。3、材料：（1）塑料软带：氟塑料导轨软带（2）三层复合材料的导轨板2312.2导轨的材料导轨副材料的选用1、选用原则（1）为了提高耐磨性和防止咬焊，动导轨和支承导轨应分别采用不同的材料。如果采用相同的材料，也应采用不同的热处理使双方具有不同的硬度。（2）在直线运动导轨中，长导轨用较耐磨、硬度较高的材料制造。2412.2导轨的材料2、滑动导轨副中，常用材料匹配（1）动导轨采用镶装氟塑料导轨软带，支承导轨采用淬火钢或淬火铸铁；（2）动导轨采用不淬火铸铁，支承导轨采用淬火钢或淬火铸铁。（3）高精度机床，因需采用刮研进行导轨的精加工，可采用不淬火的耐磨铸铁导轨副。（4）只有移置导轨或不重要的导轨，才采用不淬火的普通灰铸铁导轨副。2512.3滑动导轨的结构一、导轨的截面形状与组合1、导轨的截面形状2612.3滑动导轨的结构一、导轨的截面形状与组合1、导轨的截面形状直线运动滑动导轨截面形状主要有三角形、矩形、燕尾形和圆形。2712.3滑动导轨的结构一、导轨的截面形状与组合（1）直线运动导轨的截面形状28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。三角形导轨–导向精度高，无间隙，可自动补偿磨损。矩形导轨–制造简单，承载能力大，需调整间隙，不能补偿磨损，导向精度低。应用于载荷较大，导向精度要求略低的机床燕尾形导轨–制造较复杂，磨损不能补偿，尺寸紧凑，调整（间隙）方便。用于受力较小，要求间隙调整方便的地方圆柱形导轨–制造较方便，工艺性好，但磨损很难调整和补偿间隙，主要用于受轴向载荷的场合。12.3滑动导轨的结构一、导轨的截面形状与组合（2）回转运动导轨的截面形状29具有承载力大，结构简单，制造方便，只能承受轴向载荷，必须与主轴联合使用。适用于主轴定心的各种回转运动导轨的机床能同时承受轴向和径向载荷，但不能承受较大的颠覆力矩。用于径向力较大的机床承受较大的轴向力、径向力和颠覆力矩，能保持较好的润滑。用于载荷大，速度高的立式车床12.3.1导轨的截面形状与组合2、窄式、宽式导轨窄式导轨：用一条导轨面的两侧面导向，导向精度高。宽式导轨：用两条导轨的两外侧面导向。30宽式双矩形导轨窄式双矩形导轨12.3.1导轨的截面形状与组合3、导轨的组合（1）双三角形导轨：不需要鑲条调整间隙，接触刚度好，导向性和精度保持性好，但工艺性差，加工、检验和维修都不方便。多用于精度要求较高的机床，如丝杠车床、导轨磨床等。3112.3.1导轨的截面形状与组合3、导轨的组合（2）双矩形导轨：承载能力大、导向性稍差，制造简单。多用于普通精度机床和重型机床，如升降台铣床，组合机床。导向方式有两种-宽式组合和窄式组合。3212.3.1导轨的截面形状与组合3、导轨的组合（3）三角形和矩形导轨的组合：导向性好，刚性高，制造方便，应用最广。如车床、磨床、龙门铣床。3312.3.1导轨的截面形状与组合3、导轨的组合（4）燕尾形导轨（12-3d）：可以承受颠覆力矩，是闭式导轨中接触面最少的一种结构，间隙调整方便。这种导轨刚性较差，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地方。（5）矩形和燕尾形导轨的组合（12-3e）：兼有调整方便和能承受较大力矩的优点，多用于横梁、立柱和摇臂的导轨副等。（6）双圆柱导轨的组合（12-3f）：制造方便，不易积存较大的切屑的优点，但间隙难以调整，磨损后也不易补偿。常用于移动件只受轴向力场合。3412.3.2导轨间隙的调整导轨结合面之间都存在间隙。间隙过小，增加运动阻力，加速导轨磨损间隙过大，降低导向精度，容易产生振动调整方法：采用镶条和压板。3512.3.2导轨间隙的调整1．镶条镶条用来调整矩形导轨和燕尾形导轨的侧隙，以保证导轨面的正常接触。常用的有平镶条和楔形镶条。放在导轨受力较小的一侧。（1）平镶条3612.3.2导轨间隙的调整（2）楔形镶条楔形镶条的两个面分别与动导轨和支承导轨均匀接触，所以比平镶条刚度高。楔形镶条的斜度为1:100～1:40，镶条越长斜度应越小，以免两端厚度相差太大。3712.3.2导轨间隙的调整2．压板压板用于调整辅助导轨面的间隙、承受颠覆力矩。改变垫片厚度。这种方法比刮、磨压板方便，但调整量受垫片厚度的限制，而且降低了结合面的接触刚度。磨刮压板。这种方式构造简单，应用较多，但调整要麻烦些。3812.3.2导轨间隙的调整3.导向调整板39导向调整板1-滑座2-支承板3-螺钉4-导向调整板5-塑料软带6-调整螺钉7-工作台装有导向调整板的工作台滑座断面图1-导轨2-工作台3-塑料软带4-导向调整板12.4滑动导轨的验算一、概述导轨的变形主要是接触变形。对于滑动导轨应验算导轨的压强和压强的分布。二、导轨的受力分析4012.4滑动导轨的验算三、导轨的压强1、按线性分布的导轨压强（常用）每个导轨面上所受的载荷，都可归结为一个集中力F和一个倾覆力矩M。4112.4滑动导轨的验算F在动导轨上引起的压强（MPa）为：pF=F/aLM在动导轨上引起的压强（MPa）为所以pM=6M/aL2261322121aLpLaLpMMM==4212.4滑动导轨的验算由于力F与力矩M同时作用，因此导轨所受的最大、最小和平均压强分别为()aLFpppFLMaLFpppFLMaLFpppavMFMF=+=−=−=+=+=minmaxminmax2161614312.4滑动导轨的验算4412.4滑动导轨的验算（1）当6M/FL=0，即M=0时，导轨面上的压强p=pmax=pmin=pav，这时导轨的受力情况最好，但这种情况在切削时实际上几乎是不存在的。（2）当0＜6M/FL＜1，这是一种较好的受力情况。（3）当6M/FL=1，pmin=0，这是一种使动导轨与支承导轨在全长接触的临界状态。（4）当6M/FL＞1，应采用有压板的闭式导轨。压板与辅助导面间的间隙为△，主导轨面的间隙为△′。①当△＞△′时，压板不起作用。②当△＜△′时，压板起作用。2、按非线性分布的导轨压强（一般不用）4512.5各种滑动导轨的设计特点一、动压导轨动导轨的速度越高，越容易形成液体润滑，油楔的承载能力也越大。因此，适用于主运动导轨。1、油腔的结构和尺寸的确定2、开通式油腔与封闭式油腔先进的机床上同时采用两种油腔，它们相间排列。对开通式油腔供给较多的低压润滑油，其中一部分用于形