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1、第二节第二节 滑动导轨滑动导轨 主要内容：主要内容： 一一 导轨材料及热处理导轨材料及热处理 二二滑动导轨的结构滑动导轨的结构 三三滑动导轨的润滑与防护滑动导轨的润滑与防护 四四滑动导轨的设计验算滑动导轨的设计验算 五五滑动导轨提高耐磨性的措施滑动导轨提高耐磨性的措施 滑动导轨 最常见的导轨 其它类型的导轨都是在滑动导轨的基础上 逐步发展起来的 结构简单 有良好的工艺性 刚度和精度易于保证 在一般机床上广泛应用 一、导轨材料及热处理 对导轨材料的要求和搭配对导轨材料的要求和搭配 铸铁 钢 有色金属 塑料 对导轨材料的要求和搭配 要求耐磨性好、工艺性好、成本低。 常用材料铸铁、钢、有色金属和塑料
2、 铸铁应用最为普遍 为了提高耐磨性和防止咬焊，动导轨和支承导轨 应尽量采用不同的材料 如果选用相同的材料，也一定要采取不同的热处 理方式以使其具有不同的硬度。 直线运动导轨 长导轨（支承导轨）耐磨性较好、硬度较高 支承导轨各处使用机会难以均等，且修复困难 动导轨总是全长接触，且动导轨短，磨损后易于 维修 长导轨不易防护 回转运动导轨 动导轨：较软的材料 因为花盘或圆工作台导轨比底座加工 方便些，磨损后可在机床上加工，以 减少修理的工作量。 1.铸 铁 铸铁成本低 有良好减振性和耐磨性 易于铸造和切削加工 导轨常用的铸铁灰铸铁 孕育铸铁 耐磨铸铁 灰铸铁应用最多的牌号是HT200 孕育铸铁 常用
3、的孕育铸铁牌号是HT300 耐磨性高于灰铸铁，但较脆硬， 不易刮研，且成本较高。 常用于较精密的机床导轨 耐磨铸铁 耐磨铸铁中应用较多的是高磷铸铁、 磷铜钛铸铁及钒钛铸铁 与孕育铸铁相比，其耐磨性提高12 倍，但成本较高 常用于精密机床导轨 铸铁材料热处理 为了提高铸铁导轨的硬度，以增强抗硬粒磨 损的能力和防止撕伤，铸铁导轨经常采用高 频淬火，中频淬火及电接触自冷淬火等表面 淬火方法。 高频淬火高频淬火是借助200300kHz的高频电流对 导轨面加热，淬火温度一般为900950C ，淬火层深度可达1 1. .5 53 3mmmm，硬度达48 55HRC，可使普通铸铁耐磨性提高2倍左右。 铸铁材
4、料热处理 中频淬火中频淬火可采用8kHz左右的中频电流进行，淬 火温度一般为950C左右，淬硬层可达2 23 3mmmm ，表面硬度可达4050HRC。 高频及中频淬火的优点是淬火质量稳定，生产 效率高，缺点是淬火后必须进行磨削加工。 电接触自冷淬火电接触自冷淬火表面硬度可达5560HRC，淬 硬深度可达0.20.20.40.4mmmm。这种淬火方法具有设 备简单、操作方便、成本低、淬火变形小等优 点，但由于淬硬深度较浅等原因，对导轨耐磨 性提高幅度不大，目前主要用于维修。 2. 钢 耐磨性要求较高时，采用淬硬钢制成的镶钢导 轨； 淬火钢的耐磨性比普通铸铁高510倍； 镶钢导轨常用材料： 45
5、或40Cr表面淬硬或全淬透，硬度达到52 58HRC 20Cr、20CrMnTi等渗碳淬硬至5662HRC 导轨工作面上不能钻孔，以免积存杂质导致磨 损； 镶钢导轨工艺复杂，成本高，主要用于数控机 床的滚动导轨。 粘结粘结 焊接焊接 螺钉连接螺钉连接 3.有色金属 有色金属镶装导轨常用于重型机床运动 部件的动导轨上，与铸铁的支承导轨搭搭 配配，以防止咬合磨损、保证运动平稳性 和提高运动精度。 常用的材料有锡青铜ZQSn6-6-3、铝青 铜ZQA19-2和锌合金ZZnAl10- 5等。 4.塑料 塑料导轨具有良好的耐磨性能，落在导轨 表面上的硬粒可挤入导轨内部，避免了磨 粒磨损和撕伤； 常用的塑
6、料材料有锦纶、酚醛夹布塑料、 环氧树脂耐磨涂料和聚四氟乙烯基滑动导 轨软带等。 在数控机床上，目前多数使用金属对塑料形式，在数控机床上，目前多数使用金属对塑料形式， 称为贴塑导轨或注塑导轨称为贴塑导轨或注塑导轨 注塑导轨：环氧树脂为基体，加入二硫化钼和胶注塑导轨：环氧树脂为基体，加入二硫化钼和胶 体石墨及铅粉等混合而成体石墨及铅粉等混合而成 贴塑导轨：聚四氟乙烯为基体，加入青铜粉、二贴塑导轨：聚四氟乙烯为基体，加入青铜粉、二 硫化钼、石墨及铅粉等混合而成硫化钼、石墨及铅粉等混合而成 二、滑动导轨的结构 滑动摩擦导轨截面的常用形式 （一）导轨截形（一）导轨截形 1.直线滑动导轨直线滑动导轨 （1
7、）矩形导轨）矩形导轨 承载能力大，制造方便。承载能力大，制造方便。 但磨损后不能自动补偿间隙。但磨损后不能自动补偿间隙。 必须设置间隙调整装置。必须设置间隙调整装置。 （2）三角形导轨）三角形导轨 具有自动补偿磨损的能力，故具有自动补偿磨损的能力，故 其导向性好，但制造较麻烦。其导向性好，但制造较麻烦。 顶角一般为顶角一般为90度，小于度，小于90度可度可 提高导向精度，提高导向精度，110120度时可度时可 提高承载能力。设计时两斜面的提高承载能力。设计时两斜面的 比压要基本相等。比压要基本相等。 （3）燕尾形导轨）燕尾形导轨 结构紧凑，高度结构紧凑，高度 较小，常用于多层较小，常用于多层
8、次移动部件中（如次移动部件中（如 车床刀架）。车床刀架）。 但制造较麻烦。但制造较麻烦。 不能自动补偿间隙。不能自动补偿间隙。 必须有消除间隙必须有消除间隙 装置。装置。 （4）圆柱面导轨 圆柱面导轨 优点：加工和检验比较简 单，易于达到较高精度。 缺点：对温度变化比较敏 感，磨损后间隙调整困难磨损后间隙调整困难 ，故常用于受轴向力为主，故常用于受轴向力为主 的场合，如拉床、钻床的的场合，如拉床、钻床的 主轴和导向套组成的导轨主轴和导向套组成的导轨 副。副。 2.2.圆周运动导轨圆周运动导轨 用于圆工作台、转用于圆工作台、转 盘等旋转运动部件。盘等旋转运动部件。 （1 1）平面圆环导轨）平面圆
9、环导轨 必须配有工作台心必须配有工作台心 轴轴承，用得较多。轴轴承，用得较多。 （2 2）锥形圆环导轨）锥形圆环导轨 能承受轴向和能承受轴向和 径向载荷，但制造较径向载荷，但制造较 困难。困难。 （3 3）V V形圆环导轨形圆环导轨 制造复杂。制造复杂。 不管是直线还是圆环导轨，还可分为凸不管是直线还是圆环导轨，还可分为凸 形导轨副与凹形导轨副（按固定导轨的凹形导轨副与凹形导轨副（按固定导轨的凹 凸情况）。凸情况）。 凸形导轨副不易积存切屑，但也不易凸形导轨副不易积存切屑，但也不易 存油，故常用于低速移动的场合。存油，故常用于低速移动的场合。 凹形导轨副能存油，润滑条件好，用凹形导轨副能存油，
10、润滑条件好，用 于速度较大的场合，但必须有充分的防护于速度较大的场合，但必须有充分的防护 措施。措施。 （二）导轨的组合（二）导轨的组合 除圆柱导轨有时能单除圆柱导轨有时能单 根使用外，导轨需两根根使用外，导轨需两根 （或两根以上）组合使用。（或两根以上）组合使用。 重型机床常采用重型机床常采用双矩双矩 形导轨。形导轨。 中、小型车床床身采中、小型车床床身采 用用山形、矩形山形、矩形导轨组合。导轨组合。 要求导向精度高的，要求导向精度高的， 采用采用双三角形双三角形导轨组合。导轨组合。 要求结构紧凑，高度小，调整方便的采用燕尾导轨。要求结构紧凑，高度小，调整方便的采用燕尾导轨。 从制造工艺性来
11、看，矩形、圆形导轨好，三角形、燕尾形差。从制造工艺性来看，矩形、圆形导轨好，三角形、燕尾形差。 （三）导轨间隙的调整（三）导轨间隙的调整 矩形、燕尾形导轨必须具有间隙调整装置。矩形、燕尾形导轨必须具有间隙调整装置。 常用结构：常用结构： 1.压板压板 （三）导轨间隙的调整 2.镶条 采用磨、刮相应的结合面或加垫片的方法 （三）导轨间隙的调整 三、滑动导轨的润滑与防护 1.1.润滑：润滑： （1）人工定期直接加油或用油杯滴油。）人工定期直接加油或用油杯滴油。 用于低速，不重要的导轨。用于低速，不重要的导轨。 （2）压力油强制润滑。）压力油强制润滑。 2.导轨的防护导轨的防护 四、滑动导轨的设计验
12、算 滑动导轨设计步骤： 参考同类型机床 初步拟定导轨的形状和尺寸 验算 滑动导轨的验算 受力分析 求出导轨的平均比压和最大比压 与导轨的许用比压相对照，判断导轨设计是否合 理。 根据比压分布情况，判断是否需用压板 （一）导轨比压的分布 每条导轨面所受的载荷，都可最终归每条导轨面所受的载荷，都可最终归 纳为一个其作用点距导轨中心距离为纳为一个其作用点距导轨中心距离为x x 的力的力F F的作用。的作用。 这个力又等价于一个作用于导轨中心这个力又等价于一个作用于导轨中心 的力的力F F和一个颠覆力矩和一个颠覆力矩M M的作用。的作用。 在F作用下，导轨面的比压pF（MPa）： pF=F/aL 在力
13、矩M作用下，导轨面产生的比压pM（Mpa） pM =6M/aL2 2 6 1 3 2 2 1 2 1 aLpLaLpM MM = 由于力F与力矩M 同时作用，因此导轨所承受的 最大、最小、平均比压分别为 () aL F ppp FL M aL F ppp FL M aL F ppp av MF MF =+= = +=+= minmax min max 2 1 6 1 6 1 比压出现的四种情况 xM=FX6M/FLpmaxpmin分布 100pavpav矩形 理想 2 L/6 FL/610梯形 尽 量 用 3 =L/6 =FL/6=1=2pav=0梯形 可用 4 L/6 FL/61 驱动力方向
14、和作用点对导轨 工作的影响 不同截面形状的组合导轨，摩擦力合力 位置决定驱动元件的位置 温度变化对导轨间隙的影响 承导件和运动件最好用膨胀系数相同或相近的 材料。 保证导轨在工作时不卡住 min 0 保证导轨的工作精度 max max 导轨的刚度（静刚度）计算 设机座为绝对刚体，则导轨的刚度主要取 决于在载荷作用下，运动件和承导件的弯 曲变形和它们工作面接触变形的大小。 计算弯曲变形将运动件及连成一体的工 作台简化成梁。 计算接触变形经验公式估算。 导轨误差 导轨的直线度误差 如导轨的直线度误差对车削加工精 度的影响 车床前后导轨扭曲对加工精度的影响 五、提高导轨耐磨性的措施 1.1.合理选择
15、材料及热处理合理选择材料及热处理 导轨副中，固定导轨的材料应较硬，运导轨副中，固定导轨的材料应较硬，运 动导轨的材料应较软。动导轨的材料应较软。 常用材料组合常用材料组合 铸铁铸铁表面淬火铸铁表面淬火铸铁 铸铁铸铁淬硬钢淬硬钢 铸铁铸铁贴塑铸铁贴塑铸铁 热处理：高频淬火，电接触淬火。热处理：高频淬火，电接触淬火。 2.减小导轨面压强减小导轨面压强导轨的卸荷 载荷的传递载荷的传递 675432 使使1处载荷减小。处载荷减小。 导轨的卸荷 液压卸荷导轨，运动导轨面上开油腔（其面积比静压导液压卸荷导轨，运动导轨面上开油腔（其面积比静压导 轨小），压力油作用于油腔面，起到了卸荷作用。轨小），压力油作用于油腔面，起到了卸荷作用。 其它措施如： 3.3.保证导轨良好润滑油膜保证导轨良好润滑油膜 4.4.提高导轨精度直线度、相对位提高导轨精度直线度、相对位
