导轨的功用、分类和应满足的要求

导轨

一、导轨的功用和分类

功用是导向和承载。在导轨副中，运动的一方叫做动导轨，不动的一方叫做支承导轨。

2、导轨的分类

1）按运动轨迹分：直线运动导轨

圆周运动导轨

2）按工作性质分：

主运动导轨—动导轨与支承导轨之间相对运动速度较高

进给运动导轨—动导轨与支承导轨之间相对运动速度较低。机床中多数导轨属于进给导轨。

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。

二、导轨应满足的要求

1、导向精度

导轨在空载下运动和切削条件下运动时，都应具有足够的导向精度。

（1）几何精度

直线运动的导轨

导轨在竖直平面内的直线度（简称A项精度）

导轨在水平平面内的直线度（简称B项精度）

两导轨面间的平行度（简称C项精度）

其精度值可参考有关机床精度检查标准。

（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25×25平方毫米面积内的接触点数衡量。

影响导向精度的因素：

制造精度；导轨的结构形式；装配质量；导轨及其支承件的刚度和热变形；对于动压和静压导轨还有油膜刚度。

2、精度保持性

其影响因素主要是磨损。

提高耐磨性以保持精度是提高机床质量的主要内容之一。

常见的磨损有：磨料磨损、粘着磨损、接触疲劳。

3、低速运动平稳性

即不出现爬行现象。

其平稳性与导轨的结构、材料和润滑有关；与动、静摩擦系数的差值有关；与传动导轨运动的传动链的刚度等因素有关。

4、结构简单、工艺性好：设计时要注意使导轨的制造和维护方便。

二、钢

采用淬火钢或氮化钢的镶钢支承导轨，可大幅度提高导轨的耐磨性。

镶钢导轨材料有几类：

（1）合金工具钢或轴承钢，牌号为9Mn2V、CrWMn、GCr15等；

（2）高碳工具钢，牌号为T8A、T10A等；

（3）中碳钢，牌号为45、40Cr；

（4） 低碳钢，牌号为20Cr；

（5） 氮化钢，牌号为38CrMoAlA。

镶钢导轨工艺复杂、加工较困难、成本也较高，多用于数控机床和加工中心上。

三、有色金属

用于镶装导轨的有色金属板材料，主要有锡青铜ZQSn6-6-3和铝青铜ZQAl9-4。它们多用于重型机床的动导轨上。这种材料的优点是耐磨性较高，可以防止撕伤和保证运动的平稳性和提高移动精度。

四、塑料

优点是摩擦系数低、耐磨性高、抗撕拉能力强、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。在各类机床上都有应用，特别是用在精密、数控和重型机床的动导轨上。

五、导轨副材料的选用

在导轨副中，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。

第三节 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：三角形、矩形、燕尾形和圆形。一对导轨副一凸一凹。

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。

3、导轨的组合

（1）双三角形导轨（12-3a）：导向性和精度保持性都高，磨损时会自动补偿磨损量，加工、检验和维修都比较困难，多用于精度要求较高的机床。

（2）双矩形导轨（12-3b） ：这种导轨的刚度高，承载能力高，加工、检验和维修都方便。矩形导轨存在侧向间隙，必须用镶条进行调整。

（3）三角形和矩形导轨的组合（12-3c） ：兼有导向性好、制造方便和刚度高的优点而应用很广。

（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。

二、导轨间隙的调整

原因：配合过紧不仅操作费力还会加快磨损；配合过松则将影响运动精度，甚至会产生振动。

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。镶条应放在导轨受力较小的一侧。常用的有平镶条和楔形镶条两种。

（1）平镶条：靠调整螺钉移动镶条的位置调整间隙。调整方便，制造容易，镶条较薄时，容易变形，刚度较低。目前应用已较少。

（2）楔形镶条：调整螺钉带动镶条作纵向移动以调节间隙。比平镶条刚度高，但加工稍困难。

2、压板

用于调整辅助导轨面的间隙和承受颠覆力矩。

二、导轨的受力分析

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。

第五节 各种滑动导轨的设计特点

一、动压导轨

二、普通滑动导轨

三、静压导轨

四、卸荷导轨

1、机械卸荷导轨

2、液压卸荷导轨

3、自动调节气压卸荷导轨

导轨的润滑与防护

一、导轨的润滑

1、润滑的目的、要求与方式

润滑的目的：是为了降低摩擦力、减少磨损、降低温

度和防止生锈。

润滑要求：供给导轨清洁的润滑油，油量可以调节，

尽量采取自动和强制润滑，润滑元件要可靠，要有安

全装置。

润滑方式：人工定期向导轨面浇油；在运动部件上装

油杯，使油沿油孔流或滴向导轨面；在运动部件上装

润滑电磁泵或手动润滑泵。

2、润滑油的选择

导轨常用的润滑剂有润滑油和润滑脂，滑动导轨用润

滑油，滚动导轨则两种都可用。

导轨润滑油的粘度可根据导轨的工作条件和润滑方式

选择。高速低载荷可用粘度较低的油，反之则用粘度

较高的油。

滚动导轨支承多采用润滑脂润滑。优点是不会泄漏，

不需经常加油；缺点是尘屑进入后易磨损导轨，因此

对防护要求较高，易被污染又难以防护的地方，可用

润滑油润滑。

二、导轨的防护

防止或减少导轨副磨损的重要方法之一，就是对导轨

进行防护。目前，防护装置已有专门工厂生产，可以

外购。导轨防护方式有以下几种：

1、刮板式

这种方法能刮除落在导轨面上的尘削屑，属于间接防

护装置。这种装置广泛应用于外露导轨的防护。

2、伸缩式

是把导轨全部封闭起来的结构，防护可靠，在滚动导

轨与滑动导轨中都有应用。

第八节 提高导轨耐磨性的措施

从设计角度提高耐磨性的基本思路是：尽量争取无磨

损；在无法避免磨损时尽量争取少磨损、均匀磨损以

及磨损后能够补偿，以便提高使用期限。

一、争取无磨损

磨损的原因：是配合面在一定的压强作用下直接接触

并作相对运动。

不磨损的条件：配合面在作相对运动时不直接接触；

接触时则无相对运动。

配合面在作相对运动时不直接接触的办法之一是保证

完全的液体润滑，使润滑剂把摩擦面完全分隔开。

二、争取少磨损

争取无磨损只能在少数和特殊情况下才能做到。多数

情况只能争取少磨损以延长工作期限。

争取少磨损的措施：

1、降低压强

可采用加大导轨的接触面和减轻负荷的方法来降低压

强。

2、改变摩擦性质

用滚动副代替滑动副，可以减少磨损。

3、正确选择摩擦副的材料和热处理

4、加强防护

三、争取均匀磨损

磨损是否均匀对零部件的工作期限影响很大。

争取均匀磨损的措施：

1、力求使摩擦面上压强均匀分布。

2、尽量减少扭转力矩和倾覆力矩。

3、保证支承件有足够的刚度。

4、摩擦副中全长上使用机会不均的那一件硬度应高些。

四、磨损后应能补偿磨损量

磨损后间歇变大了，设计时应考虑在构造上能补偿这

个间隙。

补偿方法：可以是自动的连续补偿，也可以是定期的

人工补偿。

低速运动平稳性

一、爬行的现象及其影响

二、对爬行现象的分析

三、产生爬行的原因

（1）静摩擦力和动摩擦力之差，差值越大，越容易产生爬行。

（2）传动系统刚度越差，越容易产生爬行

（3）运动件的质量越大，越容易产生爬行

（4）当导轨面之间的阻尼较大时，有利于减轻或消除爬行。

四、消除爬行的措施

设计低速运动机构时，首先应估算其临界速度。

如果所设计机构的最低速度低于临界速度时，应采取措施降低其临界速度，以避免产生爬行。

运动部件的质量往往由于结构要求成为定值，阻尼比目前研究得还不充分，改善措施也不很多。

（一）减小静、动摩擦系数之差

1）采用导轨油

2）以滚动摩擦代替滑动摩擦

3）采用卸荷寻轨和静压导轨

4）采用减摩导轨材料

(二）提高传动系统刚度

1）机械传动：尽可能缩短传动链，以减少弹性变形量；适当提高未端传动副的刚度；合理分配传动比，使多数传动件受力较小。

2）液压传动：液压传动机构受力后的变形来自油的可压缩性以及活塞杆、活塞杆座等的变形。因此，要防止油中混入空气泡和注意提高活塞杆及活塞杆座的刚度。