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数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室任务四数控机床的导轨数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室一、概述1、作用：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。数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室3、导轨的导向原理（保留一个移动自由度）导轨的导向面棱柱面圆柱面xyz数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室二、导轨的分类1、按摩擦性质分滑动导轨两导轨面间的摩擦性质是滑动摩擦静压导轨：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。普通滑动导轨数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室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。数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室2、按受力情况分必须借助于外力才能保证动、静导轨面间的接触开式导轨闭式导轨依靠导轨本身的几何形状保证动、静导轨面间的接触数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室3、校运动轨迹可分为直线运动和圆周运动导轨。数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室导向精度精度保持性运动精度足够的刚度结构工艺性好三、导轨的基本要求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）。数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室（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。数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室(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。数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室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三、导轨的基本要求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。数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室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三、导轨的基本要求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。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。数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室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三、导轨的基本要求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数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室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三、导轨的基本要求在可能的情况下，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。数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室四、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。数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室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。数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室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。数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室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。数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室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。数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室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。数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室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。③V形一平导轨组合。④三角形一矩形组合。⑤平－平－三角形组合。数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室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。数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室2）直线运动导轨的组合形式②V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。数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室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。数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室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。数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室2）直线运动导轨的组合形式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。数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室3）圆周运动导轨①平面圆环导轨。②锥形圆环导轨。③V形圆环导轨。主要用于圆形工作台、转盘和转塔头架等旋转运动部件。数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室4）数控机床常用的组合形式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。数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室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。数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室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。五、数控机床常用的导轨数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室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。•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。数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室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。数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室•（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。数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室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。数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室•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。数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室（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”。数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室贴塑导轨数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室2）注塑导轨涂层是以环氧树脂和二硫化钼为基体，加入增塑剂，混合成液状或膏状为一组份，以固化剂为另一组份的双组份塑料涂层。特点：①有良好的可加工性，可经车、铣、刨、钻、磨削和刮削加工；②良好的摩擦特性和耐磨性，而且抗压强度比聚四氟乙烯导轨软带要高，固化时体积不收缩，尺寸稳定。③可在调整好固定导轨和运动导轨间的相关位置精度后注入涂料，这样可节省许多加工工时。④它特别适用于重型机床和不能用导轨软带的复杂配合型面。数控机床结构与装调工艺数控技术系机制教研室首先，将导轨涂层表面粗刨或粗铣成如图所示的粗糙表面，以保证有良好的粘附力。然后，与塑料导轨相配的金属导轨面（或模具）用溶剂清洗后涂上一薄层硅油或专用脱模剂，以防与耐磨涂层粘接。将按配方加入固化剂调好的耐磨涂层材料抹于导轨面上，然后叠合在金属导轨面（或模具）上进行固化。叠合前可放置形成油槽、油腔用的模板，固化24小时后，即可将两导轨分离。涂层硬化三天后可进行下一步加工。涂层面的厚度及导轨面与其他表面的相对位