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机床导轨知识培训一、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:承导件、运动件承导件(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。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二、导轨的分类1、按摩擦性质分（1）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（楔形间隙），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（2）滚动导轨滚珠导轨滚柱导轨滚针导轨滚柱导轨块滚动直线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。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（1）开式导轨（2）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3、按运动轨迹可分为直线运动和圆周运动导轨。1、导向精度三、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）。（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。(2)接触精度磨削和刮研的导轨表面，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。机床刮研导轨主要要求：a.每刮方内的研点数,见右表。b.表面接触均匀，接触率达到一定要求。c.导轨面和结合面的粗糙度。2、精度保持性影响因素：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。影响精度保持性的主要因素是磨损。3、低速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。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。4、足够的刚度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。5、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。四、普通滑动导轨1、滑动直线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）滑动直线导轨的结构直线滑动轨的截面形状有：（a）矩形导轨。（b）三角导轨。（c）燕尾形导轨。（d）圆柱形导轨。（a）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。（b）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。（c）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°。（d）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。（2）滑动直线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时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。1)滑动直线导轨常有以下组合形式：（a）双三角形组合。（b）V形一平导轨组合。（c）双矩形组合。（d）矩形一三角形组合。（e）平－平－三角形组合。2）滑动直线导轨各组合形式特点（a）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，但属于过定位，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。（b）V形一平轨组合。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。（c）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。（d）矩形一三角形组合。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。（e）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。2、圆周运动导轨回转运动导轨的截面形状有三种：平面环形、锥面环形和双锥面环形导轨。（1）平面环形导轨：结构简单、制造方便、能承受较大的轴向力，但不能承受径向力，因而必须与主轴联合使用，由主轴来承受经向载荷。（2）锥面环形导轨：除能承受轴向载荷外，还能承受一定的径向载荷，但不能承受较大的颠覆力矩。导向性比平面环形好，但制造较困难，锥面与轴心线的同轴度不容易保证。（3）双锥面导轨：能承受较大的径向力，轴向力和一定的颠覆力矩，属于过定位，制造刮研均较困难，同轴度不容易保证，当床身与工作台热变形不同时，两导轨面不同时接触。3、滑动导轨间隙的调整•导轨面的间隙对机床工作性能有直接影响，如果间隙过大，影响运动精度和平稳性；间隙过小，运动阻力大，导轨的磨损加快。因此必须保证导轨具有合理间隙，磨损后又能方便地调整。•常用压板、鑲条来调整导轨的间隙。•（1）压板：用来调整导轨面的间隙和承受颠覆力矩。•压板调整导轨面的间隙有三种结构：•（2）鑲条：调整矩形导轨和燕尾形导轨的侧向间隙。常用的鑲条有平鑲条和斜鑲条(楔形)两种。•平鑲条：•斜鑲条：（厚度的变化）•斜度为1︰100～1︰404、滑动导轨的材料•对导轨材料的要求：•耐磨性高、工艺性好、成本低。•主要材料有：铸铁、钢、轴承合金、工程塑料。•（1）铸铁•含碳量在2%以上的铁碳合金•铸铁具有良好的减振性和耐磨性，易于铸造和切削加工，成本低。•铸铁导轨：良好的抗振性，工艺性和耐磨性。•常用铸铁：•灰铸铁：碳主要以片状石墨形态存在，抗压强度和硬度接近碳素钢，减震性好。由于片状石墨存在，耐磨性好，铸造性能和切削加工较好，牌号如HT20-40，可退火，表面淬火处理。•球墨铸铁：将灰口铸铁铁水经球化处理后获得，析出的石墨呈球状，简称球铁。碳全部或大部分以自由状态的球状石墨存在，断口成银灰色。比普通灰口铸铁有较高强度、较好韧性和塑性，它和钢相比，除塑性、韧性稍低外，其他性能均接近，牌号如QT45-5，可退火、正火、调质处理。•蠕墨铸铁：将灰口铸铁铁水经蠕化处理后获得，析出的石墨呈蠕虫状。力学性能与球墨铸铁相近，铸造性能介于灰口铸铁与球墨铸铁之间。用于制造汽车的零部件。•铸铁导轨的淬火•采用铸铁作支承导轨的，多数都要淬硬。•导轨表面淬火的方法：•①感应淬火高频淬火•中频淬火•硬度可达45～55HRC，耐磨性可提高近2倍。•②火焰淬火•淬硬层深，耐磨性好，但变形较大，增加了磨削加工量。•（2）钢•用钢作导轨，多采用镶装结构，工艺复杂、成本较高。•淬火钢和氮化钢作支承导轨，可大幅提高导轨的耐磨性。•常用镶钢导轨材料有：•①合金工具钢或轴承钢•9Mn2V、CrWMn、GCr15等HRC≥60•②高碳工具钢•T8A、T10A等HRC≥58•③中碳钢•45﹟、40CrHRC≥48•④低碳钢•20Cr渗碳淬硬HRC≥60•⑤氮化钢•38CrMoAlA渗氮处理表面硬度HV≥850•（维氏硬度）•层深0.3-0.5mm•（3）轴承合金•轴承合金的组织是在软相基体上均匀分布着硬相质点，或硬相基体上均匀分布着软相质点。•有色金属作导轨主要是镶装结构。•材料特点是耐磨性较高，有一定的抗压强度和硬度，有足够的疲劳强度和承载能力，塑性和冲击韧性良好，具有良好的抗咬合性，良好的导热性，耐蚀性。•与铸铁的支承导轨相搭配，多用于重型机床的动导轨上，•常用牌号：锡青铜ZQSn6-6-3（Sn-6%Zn-6%Pb-3%,余Cu）•铝青铜ZQAl9-4（Al-9%Fe-4%,余Cu）（4）工程塑料滑动导轨•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-工程塑料或镶钢-工程塑料滑动导轨。•工程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两类塑料滑动导轨。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（可达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。贴塑导轨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贴方法，习惯上称贴塑导轨。聚四氟乙烯导轨软带的特点：•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。•减振性好工程塑料的阻尼特性好，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。耐磨性好工程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。化学稳定性好工程塑料导轨耐低温，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。•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。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加工、合研。由于这类导轨采用粘接方法，习惯称为“贴塑导轨”。贴塑导轨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。工艺特点：①有良好的可