机床导轨的设计说明
导轨的设计与选择
一、导轨的设计与选择。
1、对导轨的要求1）导轨精度高导轨精度是指机床的运动部件沿导轨移动时的直线和它与有关基面之间的相互位置的准确性。
无论在空载或切削工件时导轨都应有足够的导轨精度，这是对导轨的基本要求。
2）耐磨性能好导轨的耐磨性是指导轨在长期使用过程中保持一定导向精度的能力。
因导轨在工作过程中难免磨损，所以应力求减少磨损量，并在磨损后能自动补偿或便于调整。
3）足够的刚度导轨受力变形会影响部件之间的导向精度和相对位置，因此要求轨道应有足够的刚度。
4）低速运动平稳性要使导轨的摩擦阻力小，运动轻便，低速运动时无爬行现象。
5）结构简单、工艺性好导轨的制造和维修要方便，在使用时便于调整和维护。
2、对导轨的技术要求1）导轨的精度要求滑动导轨，不管是V-平型还是平-平型，导轨面的平面度通常取0.01~0.015mm,长度方面的直线度通常取0.005~0.01mm；侧导向面的直线度取0.01~0.015mm,侧导向面之间的平行度取0.01~0.015mm,侧导向面对导轨地面的垂直度取0.005~0.01mm。
2）导轨的热处理数控机床的开动率普遍都很高，这就要求导轨具有较高的耐磨性，以提高其精度保持性。
为此，导轨大多需要淬火处理。
导轨淬火的方式有中频淬火、超音频淬火、火焰淬火等，其中用的较多的是前两种方式。
二、导轨的种类和特点导轨按运动轨迹可分为直线运动导轨和圆运动导轨；按工作性质可分为主运动导轨、进给运动导轨和调整导轨；按接触面的摩擦性质可分为滑动导轨、滚动导轨和静压导轨等三大类。
1）滑动导轨：是一种做滑动摩擦的普通导轨。
滑动导轨的优点是结构简单，使用维护方便，缺点是未形成完全液体摩擦时低速易爬行，磨损大，寿命短，运动精度不稳定。
滑动导轨一般用于普通机床和冶金设备上。
2）滚动导轨的特点是：摩擦阻力小，运动轻便灵活；磨损小，能长期保持精度；动、静摩擦系数差别小，低速时不易出现"爬行"现象，故运动均匀平稳。
导轨设计 (2)
导轨设计简介导轨是一种常用的机械元件，用于支撑和引导物体的运动。
在机械系统中，导轨广泛应用于各种设备中，例如自动化机械设备、数控机床、工业机器人等。
导轨的设计直接影响设备的稳定性、精度和寿命，因此，合理的导轨设计是非常重要的。
本文将介绍导轨的设计原理、常见的导轨类型以及如何选择合适的导轨。
同时，还将讨论一些常见的导轨设计问题及其解决方案。
设计原理导轨的设计原理基于运动学和力学的基本原理。
通过合理的力学计算和材料选择，可以确保导轨在运动过程中具有足够的刚性和精度。
导轨设计的基本原理包括以下几个方面：1.刚性设计：导轨需要具备足够的刚性，以承受外力和运动过程中产生的振动。
刚性设计需要考虑导轨材料的选择、导轨结构的设计以及与其他机械部件的连接方式。
2.精度设计：导轨的精度设计包括平行度、垂直度、直线度等方面。
高精度的导轨能够确保设备的运动轨迹准确无误，减小误差。
3.润滑设计：导轨在运动过程中需要有良好的润滑条件，以减少摩擦和磨损。
润滑设计考虑导轨表面的润滑方式以及润滑剂的选择。
常见的导轨类型根据导轨的结构和原理，常见的导轨类型可以分为以下几种：1.滑动导轨：滑动导轨主要依靠滑动摩擦来实现运动。
滑动导轨结构简单、成本较低，适用于低速、低负载的运动。
常见的滑动导轨类型有滑块导轨和滑道导轨。
2.滚动导轨：滚动导轨主要依靠滚动摩擦来实现运动。
滚动导轨具有较高的刚性和精度，适用于高速、高负载的运动。
常见的滚动导轨类型有滚珠导轨和滚柱导轨。
3.气浮导轨：气浮导轨通过气体压力来实现运动。
气浮导轨具有低摩擦、无磨损和高刚性的特点，适用于高速、高精度的运动。
常见的气浮导轨类型有气浮滑台和气浮直线导轨。
4.磁浮导轨：磁浮导轨通过磁力来实现运动。
磁浮导轨具有无接触、无摩擦和高精度的特点，适用于超高速、超高精度的运动。
常见的磁浮导轨类型有磁浮滑台和磁浮直线导轨。
选择合适的导轨选择合适的导轨需要考虑以下几个方面：1.载荷和速度：根据设备的实际载荷和速度要求，选择合适的导轨类型和尺寸。
机床导轨设计资料
修不便
处，多用于横梁、立柱、
摇臂导轨
导轨常用防护罩
（4）按受力状况分：
开式导轨：在部件自重和外载作用下，导轨面在 全长上可以始终贴合的导轨。
闭式导轨：在较大的倾覆力矩时，部件自重不能 使导轨面贴合，必须用压板作为辅助 导轨面保证主导轨面贴合的导轨。
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2.圆周运动导轨 用于圆工作台、转盘等旋转运
动部件。
（1）平面圆环导轨 必须配有工作台心轴轴承，用
得较多。 （2）锥形圆环导轨
能承受轴向和径向载荷，但制造较困难。
（3）V形圆环导轨 制造复杂。
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（按固定导轨的凹凸情况）。
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。
斜镶条调整
调整容易、受力均匀，但制造较难。
第二节 普通滑动导轨
一、直线运动滑动导轨 1.直线运动导轨的截面形状 直线运动导轨截面的基本形状主要有四种：三角形、矩形、燕尾形和圆柱
形，每种之中还有凸凹之分。
上述四种截面的导轨尺寸已经标准化了，可参看有关机床标准。
2. 直线运动导轨的组合
机床直线运动导轨通常由两条导轨组合而成，如图。
双矩形导 轨有宽式和窄 式组合，如图。
二、回转运动滑动导轨 回转运动导轨的截面形状有平面、锥面和V形面三种，如图。
平面环形导轨如图a具有承载能力大、工作精度高、结构简单、制造方便的
优点。
锥面环形导轨如图b的母线倾角常取30º，可以承受一定的径向载荷。 V形面环形导轨如图c、d、e可以承受较大的径向载荷和一定的颠覆力矩。
➢燕尾形导轨 – 制造较复杂，磨损不能补偿， 尺寸紧凑，调整（间隙）方便。
导轨设计简介
导轨设计1.1导轨的功用、分类和基本要求1.1.1导轨的功用和分类导轨的功用是支承并引导运动部件，使之沿着一定的轨迹准确运动。
在导轨副中，运动的一方叫做动导轨，固定不动的叫做支承导轨。
动导轨相对于支承导轨的运动，通常是直线运动或回转运动。
导轨可按下列性质进行分类：（1）运动性质1）主运动导轨动导轨作主运动，与支承导轨间相对运动的速度较高。
2）进给运动导轨动导轨作进给运动，与支承导轨间的相对运动速度较低。
机床中大多数导轨属于进给运动导轨。
3)移置导轨这种导轨只用于调整部件之间的相对位置，在加工时没有相对运动。
(2)摩擦性质1）滑动导轨两导轨面间的摩擦性质是滑动摩擦，按其摩擦状态又可分为：液体静压导轨两导轨面间具有一层静压油膜，相当于静压滑动轴承，摩擦性质属于纯液体摩擦，主运动和进给运动导轨都能应用，但用于进给运动导轨较多。
液体动压导轨当导轨面间的相对滑动速度达到一定值后，液体动压效应使导轨油囊处出现压力油楔，把两导轨面分开，从而形成液体摩擦，相当于动压滑动轴承，这种导轨只能用于高速场合，故仅用作主运动导轨。
混合摩擦导轨在导轨面间虽有一定的动压效应或静压效应，但由于速度还不够高，油楔所形成的压力油还不足以隔开导轨面，导轨面仍处于直接接触状态，大多数导轨属于这一类。
边界摩擦导轨在滑动速度很低时，导轨面间不足以产生动压效应。
2)滚动导轨在两导轨副接触面间装有球、滚子和滚针等滚动元件，具有滚动摩擦性能，广泛地应用于进给运动和旋转运动的导轨。
(3)受力情况1）开式导轨若导轨所承受的颠覆力矩不大，在部件自重和外载作用下，导轨面a和b在导轨全长上可以始终贴合的称为开式导轨，如图4. la所示。
2)闭式导轨部件上所受的颠覆力矩M较大时，就必须增加压板以形成辅助导轨面e，才能使主导轨面c和d都良好地接触，称为闭式导轨，如图4.1b所示。
1.1.2导轨的基本要求1．较高的导向精度导向精度是指动导轨运动轨迹的准确性。
它是保证导轨工作质量的前提，继而也保证了运动部件的运动准确性。
数控机床导轨的设计
数控机床导轨的设计作者：王佳蕊张琳琳来源：《科学与财富》2015年第36期摘要：导轨是机床的关键部件之一，其性能好坏，将直接影响机床的加工精度、承载能力和使用寿命。
其功用是支承并引导运动部件沿一定的轨迹运动，它承受其支承的运动部件和工件（或刀具）的质量和切削力。
关键词：数控机床；导轨；设计引言按机床的运动性质，大多数机床都是进给运动导轨，其导轨副之间的相对运动速度较低，本机床进给运动为刀架的上下运动、刀架在横梁的左右运动以及整个横梁的上下升降运动，采用的是矩形导轨，使用镶条来调整各部件间的间隙。
静压导轨是将具有一定压强的润滑油，经节流器，通入动导轨的纵向油槽中，形成承载油膜，将导轨副的摩擦面隔开，实现液体摩擦，这种靠液压系统产生的压力油形成承载油膜的导轨称为静压导轨。
静压导轨的优点是：摩擦系数为0.005～0.001，机械效率高；由于有油膜作用，不会产生粘着磨损，导轨精度保持性好；油膜有均化表面误差的作用，相当于提高了制造精度；油膜的阻尼比大，一般为0.04～0.06，因此静压导轨抗震性能较好；静压导轨低速运行平稳，防爬行性能良好。
但是静压导轨结构复杂，需要一套完整的液压系统，维修也相当困难。
因此，静压导轨适用于具有液压传动系统的精密机床和高精度机床的水平进给运动导轨。
本文设计机床导轨为立式车床的立柱导轨，主要承载横梁的升降，采用滑动导轨能够满足精度传动要求。
1.滑动导轨的截面形状导轨的主要功能是导向，动导轨必须按照导向轨迹进行运动，因此必须限定除沿静导轨面移动的另外五个自由度。
支承导轨制造或安装在立柱、横梁等支承件上，接触导轨面的宽度远小于其导轨的长度，根据定位原理，可以视导轨为窄定位板，只能限制沿y轴移动和绕x轴转动的两个自由度；可以利用两窄板（a和b）定位方法，在一个坐标面中形成一个定位平面，可以限制沿y轴的移动和绕X轴、Z轴转动的三个自由度；要准确导向，还需要限制沿X轴的移动和绕y轴的转动，因此，需增加另一坐标面上的窄支承平面c。
第十二章机床导轨的设计介绍
⑶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 的部位 ⑷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轨， 应用较少
2、导轨的组合形式 （1）双三角形导轨：不需要鑲条调整间隙， 接触刚度好，导向性和精度保持性好，但 工艺性差，加工、检验和维修都不方便
1、塑料软带 主要是氟塑料导轨软带，粘接在动导轨上 组成：以聚四氟乙烯为基体，添加一定比 例的耐磨材料 优点：摩擦系数低，约为铸铁—铸铁的1/3 动、静摩擦系数相近，防爬性能好 耐磨性可提高 1～2倍 可自润滑 磨损可更换，磨粒可嵌入塑料 局部压强很大的导轨不宜采用
三、有色金属 有色金属作导轨主要是镶装结构 材料特点是耐磨性较高，可防止撕伤，保 证运动的平稳性和移动精度 与铸铁的支承导轨相搭配，多用于重型机 床的动导轨上 主要牌号：锡青铜 ZQSn6-6-3 铝青铜 ZQAl 9-4
四、塑料 在动导轨上镶装塑料 特点： 摩擦系数低、耐磨性高、抗撕伤能力强、 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 应用范围： 在各类机床上都有应用，特别是用在精密 机床、数控和重型机床的动导轨上
二、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：
第4章 机床导轨设计_原第六章_
第四章机床导轨设计第一节 概 述一、导轨的功用和分类机床上两相对运动部件的配合面组成一对导轨副，不动的配合面为支承导轨，运动的配合面为动导轨。
导轨副的主要功用是导向和承载，为此，导轨副只许具有一个自由度。
导向原理如图4—1所示。
图4—1导向原理导轨副按下列性质分类。
1．运动轨迹(1) 直线运动导轨导轨副的相对运动轨迹为一直线。
如普通车床的溜板和床身导轨。
(2) 圆周运动导轨导轨副的相对运动轨迹为一圆，如立式车床的花盘和底座导轨。
2．摩擦性质(1) 滑动导轨其中有静压导轨、动压导轨和普通滑动导轨，它们的共同特点是导轨副工作面之间的摩擦性质为滑动摩擦。
(2) 滚动摩擦导轨副工作面之间装有滚动体，使两导轨面之间为滚动摩擦。
3．工作性质(1) 主运动导轨动导轨作主运动，导轨副间的相对运动速度高。
(2) 进给运动导轨动导轨作进给运动，导轨副之间的相对运动速度低。
(3) 移置导轨实现部件之间的相对位置调整，在机床工作时无相对运动。
(4) 卸荷导轨采用机械、液压或气压办法减轻支承导轨的负荷，降低静、动摩擦系数，以提高导轨的耐磨性、低速平稳性和运动精度。
二、导轨应满足的基本要求1．导向精度主要是指动导轨运动轨迹的精确度。
影响导向精度的主要因素有：导轨的几何精度和接触精度、导轨的结构形式、导轨及其支承件的刚度和热变形、静（动）压导轨副之间的油膜厚度及其刚度等。
2．精度保持性主要由导轨的耐磨性决定。
耐磨性与导轨的材料、导轨副的摩擦性质、导轨上的压强及其分布规律等因素有关。
3．刚度包括导轨的自身刚度和接触刚度。
导轨的刚度不足会影响部件之间的相对位置和导向精度。
导轨刚度主要取决于导轨的形式、尺寸、与支承件的连接方式及受力状况等因素。
4．低速运动平稳性动导轨作低速运动或微量位移时易产生摩擦自激振动，即爬行现象。
爬行会降低定位精度或增大被加工工件表面的粗糙度的值。
三、导轨的主要失效形式1．磨损①磨粒磨损。
这里的磨粒是指导轨面间存在的坚硬微粒，可能是落人导轨副间的切屑微粒或是润滑油带进的硬颗粒；也可能是导轨面上的硬点或导轨本身磨损所产生的微粒。
机床直线导轨的结构设计安装及调试
优秀的导轨系统可以使加工机床获得更快的进给速度。
在各种不同类型的导轨中，直线导轨具有快速进给的特点。
直线导轨又称为线轨、滑轨、线性导轨、线性滑轨，适用在直线往复运动场合，可以承担一定的扭矩，而且可以在高负载的情况下实现高精度、快进给的直线运动。
直线导轨的构成:直线导轨与平面导轨一样，具备两个基本组件：一是作为导向的固定组件，二是移动组件。
作为导向的导轨一般采用淬硬钢材料，经精磨后置于安装平面上，其基本功能类似于轴承环。
直线导轨横截面的几何形状比平面导轨要复杂得多，需要加工出沟槽以利于滑动组件的移动，沟槽的形状和数量，取决于机床及导轨要完成的功能。
直线导轨的移动组件和固定组件之间不是像平面导轨那样使用中间介质，而是用滚动钢球代替。
这种结构摩擦系数小、灵敏度高，更容易满足高速运动部件的工作要求。
机床的工作部件移动时，钢球就在支架沟槽中循环流动，把支架的磨损量分摊到各个钢球上，从而延长直线导轨的使用寿命。
固定组件安装有“v”字形结构的钢球支架，包裹着导轨的顶部和两个侧面。
为了支撑机床的工作部件，一套直线导轨至少有四个支架，对于支撑大型工作部件的情况，支架的数量可以多于四个。
直线导轨的设计:直线导轨系统的设计，其基本原则在于保证固定组件和移动组件之间有最大的接触面积，这样不仅可以提高系统的承载能力，而且也能够扩大系统的承受力面积，使间歇切削或重力切削产生的冲击力被扩散到尽可能大的区域。
为了实现这一点，导轨系统的沟槽形状有多种分类，最常用且最具有代表性的有两种：一种称为哥待式，又称为尖拱式，其形状是半圆形的延伸，接触点为半圆的顶点；另一种称为圆弧形。
无论采用哪一种结构，其目的只有一个，那就是力求使更多的滚动钢球半径与导轨接触，这是决定系统性能的关键。
直线导轨的加工和调试:由于直线导轨使用的都是标准部件，加工起来比较简单。
对于机床制造厂来说，唯一需要做的就是加工一个安装导轨的平面并校调导轨的平行度。
当然，为了保证机床的运行精度，对床身或立柱进行少量的刮研是有必要的。
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第一节 概述
一、功用和分类 1.运动轨迹 （1）直线运动导轨 （2）圆周运动导轨 2.摩擦性质 （1）滑动导轨：静压导轨 动压导轨 （2）滚动导轨 3.工作性质 （1）主运动导轨 （2）进给运动导轨 （3）移置导轨 （4）卸荷导轨
二、导轨应满足的基本要求
1.导向精度 导轨运动轨迹的精确度。
承载能力和刚度较大 有专业厂家生产 二、滚动导轨的预紧
预紧虽增加刚度，但牵引力也显著提高 目标：刚度提高而牵引力增加不大 预紧方法： 1.采用过盈配合：预紧力应大于载荷 2.采用调整元件预紧
三、滚动导轨的计算
1.受力分析 2.滚动导轨的计算
以上有不当之处，请大家给与批评指正， 谢谢大家！
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• 平面圆环导轨： 承载能力大 制造方便 只能承受轴向载荷
应用：立式车床 圆工作台磨床等 • 锥面圆环导轨：
导向性好 可承受轴向和径向载荷 • V形圆环导轨：
可承受较大轴向力、径向力和颠覆力矩 制造和装配比较困难 应用：立式车床的花盘导轨
三、导轨的间隙调整及导向面的选择
1.压板调整 （1）刮研或修磨 （2）螺钉调节 （3）改变垫片 2.镶条调整 （1）平镶条：在着力点有挠曲变形，刚度低 （2）斜镶条：斜度1：100～1：40 （3）镶条的位置：窄导向－－较好
第二节 普通滑动导轨
一、直线运动导轨
导轨面的组成平面：4种 矩形：刚度高 承载能力大 制造方便 精度差 三角形：性能与顶角大小有关
燕尾形导轨: 承受颠覆力矩 刚度差 制造困难
圆柱形导轨：制造容易 磨损后难以补偿
• 常用组合形式：
双三角形
双矩形
三角形－矩形
矩形－燕尾形 双圆柱导轨
二、圆周运动导轨
四、导轨的材料及其特点
1.铸铁－铸铁：较精密机床 灰铸铁与孕育铸铁、高磷铸铁和合金铸铁
2.铸铁－淬硬铸铁 支承导轨:HT200表面淬火,高出HB15~45
3.铸铁－淬硬钢板 碳素钢(T10A,T8A)或合金钢(40Cr等)
4.塑料－铸铁：粘贴聚四氟乙烯软带 5.有色金属－铸铁：重型机床
在动导轨上镶装有色金属板 ZQSn6-6-3 ZQAl-9-2
P max(min)＝pF±pM＝F(1±6M/FL)/aL 关于参数M/FL取值的讨论：
M/FL>1/6 梯形分布 M/FL=1/6 三角形
M/FL=1/2 如果没有压板 pmax=∞
3.合理设计导轨的布局
• 减少磨损对加工精度的影响 例：车床导轨 矩形—山形组合
导轨面的磨损量在X、Z方向引起位移： x1 = ub sinβ－ ua sinα z1 = ub cosβ+ ua cosα
宽导向
四、滑动导轨的设计计算
1.导轨的受力分析 外力：重力 切削力 牵引力 反力：各导轨面支反力和支反力矩 例：数控车床纵向导轨
2.导轨的压强计算和压强分布
• 导轨的长度远大于宽度，故简化为一维 • 力F引起的压强pF：
pF=F/aL 倾覆力矩M： M =(PM / 2)(a L / 2) 故导轨上所受的最大、最小压强为：
磨损不均匀导致刀架的转动：γ角 敏感方向为刀尖水平位移△d
减小△d的措施： 增大导轨间距 导轨为对称三角形 增大凸三角形导轨内侧面宽度
第四节 滚动导轨
• 优点： 1.摩擦系数小 2.动、静摩擦系数很接近 3.润滑便 • 缺点： 1.抗振性差 2.需要防护，对污染敏感
一、滚动导轨的结构形式
1.直线滚动导轨副 2.滚动导轨块
2.精度保持性 耐磨性
3.刚度 本身刚度 接触刚度 4.低速运动平稳性 “爬行”：低速运动 动静摩擦系数 自激振
动
三、导轨的主要失效形式
1.磨损 （1）磨粒磨损
导轨面间的坚硬微粒：切屑 尘土等 （2）咬合磨损
局部压强高，破坏吸附膜，裸露，冷焊 2.疲劳和压溃
滚动导轨多见失效形式 疲劳：表层接触应力 疲劳剥落 压溃：接触应力过大，产生塑性变形