第三章 机床主要部件设计(3)

第三节 导轨设计
④ 燕尾形和矩形导轨的组合
燕尾形和矩形组合导轨调整方便，承载力矩大。 燕尾形和矩形组合导轨调整方便，承载力矩大。广泛用在机 床的横梁、立柱、摇臂导轨中。 床的横梁、立柱、摇臂导轨中。
第三节 导轨设计
⑤ 双燕尾形导轨
是一种不用辅助导轨副的闭式导轨。导轨高度小，可承受颠覆 是一种不用辅助导轨副的闭式导轨。导轨高度小， 力矩。 力矩。 双燕尾导轨是过定位，必须用镶条调整摩擦面的间隙。 双燕尾导轨是过定位，必须用镶条调整摩擦面的间隙。此导 轨刚度差，加工、检验、维修不方便。 轨刚度差，加工、检验、维修不方便。 用于受力小，结构层数多，间隙调整方便处， 用于受力小，结构层数多，间隙调整方便处，如牛头刨床滑 枕导轨、卧式车床的刀架导轨等。 枕导轨、卧式车床的刀架导轨等。
图c：间隙调整后，再拧紧紧固螺栓。平镶条调整方便。 间隙调整后，再拧紧紧固螺栓。平镶条调整方便。
第三节 导轨设计
② 斜镶条调整间隙 调整方式：将动导轨的一面做成与镶条斜度相同， 调整方式：将动导轨的一面做成与镶条斜度相同，方向相反 方式 的斜面，通过两斜面配合，纵向移动镶条来调整导轨横向间隙。 的斜面，通过两斜面配合，纵向移动镶条来调整导轨横向间隙。 图a：用螺钉推动镶条 纵向移动，结构简单， 纵向移动，结构简单，调 整方便。 整方便。 缺点： 缺点：螺钉的凸肩和 镶条沟槽间存在间隙， 镶条沟槽间存在间隙，会 引起镶条在运动中窜动。 引起镶条在运动中窜动。
第三节 导轨设计
（2）矩形导轨和燕尾导轨的间隙调整 采用镶条来调整导轨的侧面间隙。 采用镶条来调整导轨的侧面间隙。镶条装在导轨受力较小的 一侧，以提高刚度。 一侧，以提高刚度。 ① 平镶条调整间隙 图a、图b：平镶条较薄，全长只由几个螺钉调整间隙，使镶条 平镶条较薄，全长只由几个螺钉调整间隙， 在几个点上受力，容易变形，刚度较低。 在几个点上受力，容易变形，刚度较低。
第三节 导轨设计
2）塑料涂层导轨 应用较多的有环氧涂层、含氟涂层和HNT涂层。 HNT涂层 塑料涂层 应用较多的有环氧涂层、含氟涂层和HNT涂层。 都是以环氧树脂为基体， 塑料涂层 都是以环氧树脂为基体，加入固体润滑剂和胶体石墨 及其它铁粉填充剂混合而成。 及其它铁粉填充剂混合而成。 环氧树脂塑料涂层的特点：①有较高的耐磨性、硬度、强度和 环氧树脂塑料涂层的特点： 有较高的耐磨性、硬度、 热导率；②在无润滑情况下，能防止爬行，改善导轨的运动特性， 热导率； 在无润滑情况下，能防止爬行，改善导轨的运动特性， 特别是低速运动平稳性较好。 特别是低速运动平稳性较好。 根据涂层材料的组织和性能不同，可分别适用于大、 根据涂层材料的组织和性能不同，可分别适用于大、中、小型 精密机床导轨和数控机床导轨。 精密机床导轨和数控机床导轨。 涂塑导轨在ห้องสมุดไป่ตู้欧国家，普遍用于数控机床的制造中。 涂塑导轨在西欧国家，普遍用于数控机床的制造中。
第三节 导轨设计
是将淬硬的碳素钢或合金钢导轨， （2）镶钢导轨 是将淬硬的碳素钢或合金钢导轨，分段地镶 装在铸铁和或钢制的床身上。以提高导轨的耐磨性。 装在铸铁和或钢制的床身上。以提高导轨的耐磨性。 在铸铁床身上，镶装钢导轨常用螺钉或楔块挤紧固定。 在铸铁床身上，镶装钢导轨常用螺钉或楔块挤紧固定。 在钢制床身上，镶装钢导轨一般用焊接方法连接。 在钢制床身上，镶装钢导轨一般用焊接方法连接。 镶钢导轨工艺复杂、加工较困难。 镶钢导轨工艺复杂、加工较困难。主要用于数控机床和加工 中心的导轨中。 中心的导轨中。
第三节 导轨设计
二、滑动导轨结构设计
1.导轨的截面形状选择 1.导轨的截面形状选择 动导轨要严格地按规定的轨迹运动，必须限制五个自由度。 动导轨要严格地按规定的轨迹运动，必须限制五个自由度。 由于导轨的宽度较小，所以视为“窄定位板” 由于导轨的宽度较小，所以视为“窄定位板”。 ① 双矩形导轨
r ) ) 个定位面，限制3 个定位面，限制3个自由度 y , x , z r ) 限制2 窄支承平面 c 限制2个自由度 x， y
机械制造装备设计
第三章 机床主要部件设计
2011年6月6日 年 月 日
第三章 机床主要部件设计
第三节 导轨设计 第四节 滚珠丝杠螺母副机构
第三节 导轨设计
一、导轨的功用和基本要求
1.功用：承受载荷和导向。 1.功用：承受载荷和导向。承受安装在导轨上的运动部件及 功用 工件的质量和切削力，引导运动部件沿一定的轨迹运动。 工件的质量和切削力，引导运动部件沿一定的轨迹运动。 2.分类及应用 2.分类及应用 （1）按运动性质分为 用于刨床、拉床、 ◆ 主运动导轨 用于刨床、拉床、插 齿机的主运动导轨。 齿机的主运动导轨。 用于机床的进给系统。 ◆ 进给运动导轨 用于机床的进给系统。 ◆ 移置导轨 用于调整部件之间加工前的 相对位置。 卧式车床的尾座导轨。 相对位置。如：卧式车床的尾座导轨。
α < 900。
第三节 导轨设计
③ 双三角形导轨
双三角形导轨不需镶条调整间隙，接触刚度好， 双三角形导轨不需镶条调整间隙，接触刚度好，导向性和精度 保持性好。但工艺性差，加工、检验和维修不方便，只能配加工。 保持性好。但工艺性差，加工、检验和维修不方便，只能配加工。 用于精密机床，如丝杠车床、导轨磨床、齿轮磨床等。 用于精密机床，如丝杠车床、导轨磨床、齿轮磨床等。
第三节 导轨设计
（2）按摩擦性质分为 滑动导轨、滚动导轨。 滑动导轨、滚动导轨。 属液体摩擦，导轨间的压力油膜层， 静压滑动导轨 属液体摩擦，导轨间的压力油膜层，靠液压系 统提供。适用于高精度机床进给运动导轨。 统提供。适用于高精度机床进给运动导轨。 液体摩擦， 动压滑动导轨 属液体摩擦，动压油膜层是利用滑移速度带动 润滑油从大间隙处向狭窄处流动形成的。 适用于主运动导轨。 润滑油从大间隙处向狭窄处流动形成的。 适用于主运动导轨。 属混合摩擦，导轨间有一定动压效应， 普通滑动导轨 属混合摩擦，导轨间有一定动压效应，速度较 导轨面处于接触状态。用于普通机床的主、进给运动。 低，导轨面处于接触状态。用于普通机床的主、进给运动。 滚动导轨 属滚动摩擦，导轨面之间装有滚动钢球， 属滚动摩擦，导轨面之间装有滚动钢球，靠钢球
第三节 导轨设计
图b：用双螺钉调节横向间 隙，能避免镶条窜动，性能较 能避免镶条窜动， 好。
图c：将螺钉凸肩变为带圆 柱销的调整件， 柱销的调整件，圆柱销与圆孔 配作， 配作，通过配合精度来控制镶 条的窜动。此构件调整方便， 条的窜动。此构件调整方便， 但纵向尺寸较长。 但纵向尺寸较长。
第三节 导轨设计
第三节 导轨设计
在灰铸铁中添加磷、 2）耐磨铸铁 在灰铸铁中添加磷、铜、钛、钼、钒等细化晶 粒的元素，其耐磨性比 提高1~2倍以上。 倍以上。 粒的元素，其耐磨性比HT300提高 提高 倍以上 高磷耐磨铸铁 钒钛耐磨铸铁 可用于普通机床的床身、溜板、 可用于普通机床的床身、溜板、工作台及其 适用于制造各类中、小型机床的导轨， 适用于制造各类中、小型机床的导轨，其机 导轨，其应用日趋广泛。 导轨，其应用日趋广泛。 械性能好，优于高磷耐磨铸铁，溶铸工艺简单， 械性能好，优于高磷耐磨铸铁，溶铸工艺简单，耐磨性能比孕育 铸铁HT300提高近2 铸铁HT300提高近2倍。 HT300提高近 磷铜钛耐磨铸铁 铸件质量较高，适用于制造坐标镗床、 铸件质量较高，适用于制造坐标镗床、螺 纹磨床等精密机床的床身、立柱和工作台等导轨。 纹磨床等精密机床的床身、立柱和工作台等导轨。 可用于制造中、小型精密机床、 铬钼铜耐磨铸铁 可用于制造中、小型精密机床、仪表机床的 床身导轨。 床身导轨。
第三节 导轨设计
② 三角形和矩形导轨的组合
导轨的导向性好，制造方便、 导轨的导向性好，制造方便、刚 度高。广泛用于车床、磨床、 度高。广泛用于车床、磨床、龙门 铣床、龙门刨、滚齿机、坐标镗床 铣床、龙门刨、滚齿机、 的床身导轨。 的床身导轨。 对于三角形导轨，减小其顶角 ，能提高导轨的导向性 导轨的导向性， 对于三角形导轨，减小其顶角α，能提高导轨的导向性，但承 载能力下降。 载能力下降。 重型机床取α≥900，精密机床和滚齿机取 一般机床取α= 900，重型机床取
三、滑动导轨的材料及选择 1. 滑动导轨的材料
常用灰铸铁、孕育铸铁、耐磨铸铁等。 （1）铸铁导轨 常用灰铸铁、孕育铸铁、耐磨铸铁等。 1）对耐磨性能要求高、精加工为磨削、且与床身做成一体 对耐磨性能要求高、精加工为磨削、 的导轨，广泛采用孕育铸铁HT300。 的导轨，广泛采用孕育铸铁 。 是在铁水中加入少量孕育剂硅、 稀土等， 孕育铸铁 是在铁水中加入少量孕育剂硅、锰、铝、稀土等， 以获得均匀的珠光体和细片状石墨组织，而提高强度和硬度。 以获得均匀的珠光体和细片状石墨组织，而提高强度和硬度。并 通过电接触淬火或高频淬火，进一步提高耐磨性。 通过电接触淬火或高频淬火，进一步提高耐磨性。 广泛应用于卧式车床、转塔车床、升降台铣床及磨床等。 广泛应用于卧式车床、转塔车床、升降台铣床及磨床等。
第三节 导轨设计
3.基本要求 3.基本要求 1）导向精度——导轨副相对运动时的直线度或圆度 导向精度 导轨副相对运动时的直线度或圆度 了解影响精度的因素：几何和接触精度、 了解影响精度的因素：几何和接触精度、结构形式和装配精度 2）精度保持性——耐磨性 精度保持性 耐磨性 了解导轨的磨损形式：磨料磨损、粘着磨损和疲劳磨损。 了解导轨的磨损形式：磨料磨损、粘着磨损和疲劳磨损。 3）刚度——导轨抵抗承载后的变形 刚度 导轨抵抗承载后的变形 了解导轨的变形：接触变形、扭转变形、 了解导轨的变形：接触变形、扭转变形、支承件变形而引起的 变形。 变形。 4）低速运动平稳性 5）结构简单、工艺性好 结构简单、
第三节 导轨设计
将塑料用粘结法或喷涂法覆盖在导轨面上。 （3）塑料导轨 将塑料用粘结法或喷涂法覆盖在导轨面上。以 提高耐磨性。 提高耐磨性。 1） 粘贴塑料软带导轨 粘贴塑料软带以聚四氟乙烯为基体， 粘贴塑料软带以聚四氟乙烯为基体，添加各种无机物和有机粉 末制成。 末制成。 特点： 摩擦系数小，耗能低； 动静摩擦系数接近， 特点：①摩擦系数小，耗能低；②动静摩擦系数接近，低速 运动平稳性好； 阻尼特性好，抗振性好； 耐磨性好， 运动平稳性好；③阻尼特性好，抗振性好；④耐磨性好，能自身 润滑； 结构简单，维修方便，磨损易更换。 刚性较差， 润滑；⑤结构简单，维修方便，磨损易更换。⑥刚性较差，受力 后产生变形，对高精度的机床有影响。 后产生变形，对高精度的机床有影响。 适用于中、小型精密机床和数控机床，特别是润滑不良（ 适用于中、小型精密机床和数控机床，特别是润滑不良（如 立式导轨）或无法润滑的导轨。 立式导轨）或无法润滑的导轨。