直线导轨的截面形状-大连理工大学

机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院机械制造装备设计(国家精品课程)第三章典型部件设计第一节主轴部件设计第二节支承件设计第三节导轨设计退出第四节机床刀架和自动换刀装置设计第三章典型部件设计第三章典型部件设计3.3导轨设计一、导轨的功用和应满足的基本要求二、导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整三、导轨的结构类型及特点上一页下一页退出返回主页四、提高道轨精度、刚度和耐磨性的措施返回本章3.3导轨设计某立式加工中心保证机床定位精度的措施和手段在机床应用中，有一项反应机床精度水平的最重要的指标就是定位精度。它是机会装配完成后综合误差的体现，它好坏与否会是直接影响到加工零件的精度水平。而对于直线导轨、滚珠丝杠结构的机床来说，定位精度主要取决于导轨直线度。所以说，保证较高的导轨直线度就成了机床装配中最为重要的环节之一。Y轴X轴Z轴A轴C轴（1）导轨的直线度公差导轨面弯曲不直的允许误差沿着导轨长度方向作一假想垂直平面M与导轨相截，其包容Opq曲线与距离最小的两平行线之间的坐标值δ1，即为导轨在垂直平面内的直线度误差值。3.3导轨设计沿导轨水平方向一假想的水平平面H与导轨相截，如图所示，得交线Ofg，其包容线之间的坐标值δ2，即为导轨在水平平面内的直线度误差值。3.3导轨设计导轨的直线度误差有两种表示法：即导轨1m长度内的直线度允许误差和导轨全长内的直线度允许误差，一般机床导轨的直线度允许误差为0.015-0.02mm/1000mm。（2）导轨面间的平行度公差指一组导轨（如平导轨和V形导轨）间的平行度允许误差，它是用横向上的角值误差Δα来表示（图b）。3.3导轨设计当滑板移动时，在横向1000mm宽度上的倾斜值h，其比值h/1000mm，即为其平行度误差（图a）。一般机床导轨的平行度允许误差为0.02-0.05mm/1000mm。3.3导轨设计(3)导轨间的垂直度公差指两条相互垂直导轨的位置精度。3.3导轨设计导轨副的接触精度为保证导轨副的接触刚度及运动精度，导轨副的配合表面必须接触良好。对于刮研的导轨，以导轨表面每25mm×25mm面积内的接触斑点数，作为接触精度等级的评定指标（表15-2），而对于磨削的导轨，则一般用接触面积大小作为评定指标。导轨的表面粗糙度刮研的滑动导轨面的表面粗糙度值在Ra1.6μm以下，磨削导轨和精刨导轨表面粗糙度应在Ra0.8μm以下。3.3导轨设计导轨的硬度导轨的磨损是机床丧失精度的主要原因。为了减小导轨的磨损，导轨的硬度应在170HBS以上，并且在全长上硬度要一致。为了保持导轨的精度，与之相配的另一滑动件，其硬度应比导轨硬度稍低。导轨的稳定性导轨稳定性是相对于变形而言的，要求导轨稳定，除了采用刚度足够的机体结构和优良的材质外，对机体还要进行良好的时效处理，以消除内应力，减少变形。3.3导轨设计3.3导轨设计Y轴X轴Z轴A轴C轴对于直导轨、滚珠丝杠结构的机床来说，定位精度主要取决于导轨直线度（1）导轨直线度对定位精度的影响；（2）导轨设计或导轨选型；（3）优化装配工艺3.3导轨设计（1）导轨直线度误差对定位误差的影响分析在理想情况下导轨不存在直线度误差，且不存在其他几何误差的影响时，可以得到滑体行程L与激光干涉仪的测量值L’相等。3.3导轨设计（1）导轨直线度误差对定位误差的影响分析导轨存在直线度误差时的情况，从图中可直接看出丝杆在伺服电机的驱动下走过的行程将不等于激光干涉仪的测量值。究其原因是因为导轨存在直线度误差，从而导致机床滑体在固定坐标位置时与理想方向出现微小的倾角θ，而这一倾角θ使激光检测反射镜组也随之出现偏摆，最终使滑体行程与激光干涉仪的测量值L’不一致。3.3导轨设计（1）导轨直线度误差对定位误差的影响分析3.3导轨设计（1）导轨直线度误差对定位误差的影响分析——引申思考Y轴X轴Z轴A轴C轴前面的分析工作相对于以往已经是一种进步，但如果能结合横梁、主轴不同位置对导轨受力的影响，以及不同加工类型下切削力的差异进行受力分析，综合几何误差和受力变形进行定位精度分析，可能会得到更好的分析结果3.3导轨设计（2）导轨选型立柱导轨为THK的高速直线导轨，该导轨和滑块间能无间隙轻快地运动，可以获得很高的行走精度和定位精度，且具有较高的刚性，容许较大的负荷，并能长期维持高精度，有出色的高速性，维护保养非常简便。3.3导轨设计（3）导轨装配作为导轨的性能的最重要参数：直线度，是必须保证的。在之前的机床导轨安装中和多数导轨安装中，普遍采用的是普通扳手来锁紧螺钉，这样每个螺钉的所采用的拧紧力不确定，很可能使得螺钉的受力不均匀，极易造成导轨产生扭曲，形变。在优化横纵过程中，改进了拧紧工具，通过扭矩扳手以固定扭矩锁紧螺钉，使每个螺钉受力均匀，不会产生形变，这样可以有效提高导轨的直线度。导轨副的基本安装步骤：a.检查安装面b.设置导轨的基准侧面与安装台阶的基准面c.检查螺栓的位置，确定螺孔位置正确d.预紧固定螺钉，使导轨基准面与安装台阶侧面紧密相接直线导轨的安装与使用导轨副的基本安装步骤：直线导轨的安装与使用e.最终拧紧安装螺栓f.依次拧紧滑块的紧固螺钉第三章典型部件设计3.3.1导轨的功用和应满足的基本要求（一）导轨的功用和分类导轨的功用有哪些？承受载荷导向导轨按运动分类？动导轨静导轨导轨按结构分类开式导轨——在部件自重或外载作用下，运动导轨和支承导轨的工作面始终接触。闭式导轨——借助于压板使导轨承受较大的颠覆力矩。按导轨面的摩擦性质分为：滑动导轨副和滚动导轨副滑动导轨副又可分为：普通滑动导轨、静压导轨和卸荷导轨第三章典型部件设计退出3.3.1导轨的功用和应满足的基本要求导向精度高——导轨副在空载荷或切削条件下运动时，实际运动轨迹与给定运动轨迹之间的符合程度；影响因素包括导轨的几何精度和接触精度、导轨的结构形式、导轨和支承件的刚度、导轨的油膜厚度和油膜刚度、导轨和支承件的热变形等承载能力大，刚度好；精度保持性；低速运动平稳；结构简单、工艺性好。导轨应满足哪些要求？精度承载能力刚度摩擦阻力运动平稳精度保持性寿命长、结构简单、工艺性好、便于加工/装配/调整/维修、成本低重要要求：第三章典型部件设计退出3.3.2导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整（一）直线导轨的截面形状主要有四种：矩形、三角形、燕尾形和圆柱形，它们可互相组合，每种导轨副中还有凹、凸之分。（1）矩形导轨：承载能力大、刚度高、制造简单、检验和维修方便等优点。适于载荷较大而导向要求略低的机床（2）三角形导轨：磨损时自动补偿磨损量，不产生间隙。导轨顶角越小，导向性越好，但摩擦力也越大。小顶角用于轻载荷精密机械，大顶角用于大型或重型机床。三角形导轨结构有对称式和不对称式两种。注：“－”为支承面，“－”为导向面，“－”为压板面第三章典型部件设计退出3.3.2导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整（一）直线导轨的截面形状（3）燕尾形导轨：承载较大的颠覆力矩，导轨的高度较小，结构紧凑，间隙调整方便。但刚度性较差，加工检验维修都不大方便。适于受力小、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。主要用于受轴向负荷的导轨，应用较少。注：“－”为支承面，“－”为导向面，“－”为压板面第三章典型部件设计退出3.3.2导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整（二）回转运动导轨的截面形状有三种：平面环形、锥面环形和双锥面导轨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。适用于由主轴定心的各种回转运动导轨的机床，如高速大载荷立式车床等。平面环形导轨第三章典型部件设计退出3.3.2导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整（二）回转运动导轨的截面形状有三种：平面环形、锥面环形和双锥面导轨锥面环形导轨能同时承受轴向力和径向力，但不能承受较大的颠覆力矩。导向性比平面环形导轨好，但制造较难。适用于承受一定径向载荷和颠覆力矩的场合。双锥面环形导轨能承受较大的径向力、轴向力和一定的颠覆力矩，但制造研磨均较困难。双锥面环形导轨3.3.2导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整（二）回转运动导轨的截面形状有三种：平面环形、锥面环形和双锥面导轨第三章典型部件设计3.3.2导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整（三）导轨的组合形式（1）双三角形导轨（2）双矩形导轨（3）矩形和三角形组合（4）矩形和燕尾形组合1、双三角形导轨的组合不需要镶条调整间隙，接触刚度好；导向性和精度保持性好；双三角形组合导轨工艺性差，加工、检验和维修不方便。常用于在精度要求较高的机床中，如丝杠车床、导轨磨床、齿轮磨床等。第三章典型部件设计3.3.2导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整（三）导轨的组合形式（1）双三角形导轨（2）双矩形导轨（3）矩形和三角形组合（4）矩形和燕尾形组合2、双矩形导轨的组合宽式组合：两条导轨的外侧导向窄式组合：一条导轨的两侧导向承载能力大，制造简单。常用于在普通精度机床和重型机床中，如重型车床、组合机床、升降台铣床等。导向方式宽式组合窄式组合矩形和三角形组合导轨第三章典型部件设计3.3.2导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整（三）导轨的组合形式3、矩形和三角形导轨的组合导向性好，刚度高，制造方便；如车床、磨床、龙门铣床的床身导轨。4、矩形和燕尾形导轨的组合这类组合的导轨能承受较大力矩，调整方便；常用于横梁、立柱、摇臂导轨中。注意事项：要求较大刚度和承载能力时，采用矩形导轨；中、小型卧式车床床身是由三角形和矩形导轨的组合；而重型车床上则采用双矩形导轨、以提高承裁能力；要求导向精度高的机床采用三角形导轨。能自动补偿间隙、导向性好；矩形导轨和圆形导轨工艺性好；三角形导轨和燕尾形导轨工艺性差；要求结构紧凑、高度小、调整方便的机床采用燕尾形导轨。导轨形式及组合形式选择注意事项第三章典型部件设计退出返回本节返回主页下一页3.3.2导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整（四）导轨间隙的调整导轨面间的间隙对机床工作性能有直接影响，如果间隙过大，经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，导轨常用压板、鑲条来调整。（1）压板用来调整导轨面的间隙和承受颠覆力矩。..\第三章\3-102压板.tif（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两种。（3）导向调整板：斜镶条沿其长度方向有一定斜度，靠纵向位移使其两个侧面分别与动导轨和支撑导轨接触，调整导轨间隙，常用斜度在1∶100～1∶40之间。特点：在全长上两个面分别同动导轨和固定导轨均匀接触；支承面积同调整位置无关；刚度比平镶条高，但加工困难。斜镶条结构第三章典型部件设计退出3.3.3导轨的结构类型和特点（一）滑动导轨滑动导轨具有一定动压效应的混合摩擦状态。导轨的动压效应主要与导轨的摩擦速度、润滑油粘度、导轨面的油沟尺寸和型式等有关。速度较高的主运动导轨，应合理设计油沟型式和尺寸，选择合适粘度的润滑油，以产生较好的动压效果。优点是结构简单、制造方便和抗振性好。缺点是磨损快。为提高耐磨性，广泛采用塑料导轨和鑲钢导轨。塑料导轨使用粘结法或涂层法覆盖在导轨面上。通常对长导轨喷涂法、对短导轨用粘结法。四种导轨：粘结塑料软带导轨（四氟乙烯；受力后变形）塑料涂层（环氧树脂，填充剂）金属塑料复合导轨（钢板、多孔青铜颗粒、聚四氟乙烯层；可提高导轨板的导热性）鑲钢导轨（分段镶嵌）第三章典型部件设计退出返回本节返回主页下一页3.3.3导轨的结构类型和特点（二）静压导轨静压导轨按结构形式分开式和闭式两大类。第三章\3-110开式静压导轨.tif..\第三章\3-111闭式静压导轨.tif（三）卸荷导轨卸荷导轨用来降低导轨面的压力，减少摩擦阻力，从而提高导轨的耐磨性和低速运动的平稳性，尤其是对大、重型机床来说，工作台和工件的质量很大,导轨面上的摩擦阻力很大，常用卸荷导轨。导轨的卸荷方式有机械卸荷、液压卸荷和气压卸荷。3.3.3导轨的结构类型和特点（四）滚动导轨在滑动导轨两导轨面之间放置滚动体而形成的