導(dǎo)軌設(shè)計(jì)

1、第4章 導(dǎo)軌設(shè)計(jì),第四章 導(dǎo)軌設(shè)計(jì),一、導(dǎo)軌的功用、分類和基本要求,1、導(dǎo)軌的功用和分類,支承并引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件，使之沿著一定的軌跡準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)。,1）主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌:動(dòng)導(dǎo)軌作主運(yùn)動(dòng),與支承導(dǎo)軌間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度較高。,（1）按運(yùn)動(dòng)性質(zhì)分類,2）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌：動(dòng)導(dǎo)軌作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，與支承導(dǎo)軌間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較低。機(jī)床中大多數(shù)導(dǎo)軌屬于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。,第4章 導(dǎo)軌設(shè)計(jì),動(dòng)導(dǎo)軌。相對(duì)于支承導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng),支承導(dǎo)軌,進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的動(dòng)導(dǎo)軌作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，與

2、支承導(dǎo)軌間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較低,,,,,,,3）移置導(dǎo)軌：只用于調(diào)整部件之間的相對(duì)位置，加工時(shí)無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。,第4章 導(dǎo)軌設(shè)計(jì),（2）按摩擦性質(zhì)分類,1）滑動(dòng)導(dǎo)軌：兩導(dǎo)軌面間的摩擦性質(zhì)為滑動(dòng)摩擦。,滑動(dòng)導(dǎo)軌按其摩擦狀態(tài)又可分為：液體靜（動(dòng)）壓、混合摩擦和邊界摩擦導(dǎo)軌。,,,混合摩擦導(dǎo)軌：兩導(dǎo)軌面間處于直接接觸狀態(tài)。,,,第4章 導(dǎo)軌設(shè)計(jì),2）滾動(dòng)導(dǎo)軌：兩導(dǎo)軌副接觸面間裝有球、滾子和滾針等滾動(dòng)體，具有滾動(dòng)摩擦性能，廣泛應(yīng)用于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)

3、運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌。,支承導(dǎo)軌,動(dòng)導(dǎo)軌,滾動(dòng)體：球,,,,,,,第4章 導(dǎo)軌設(shè)計(jì),（3）按受力情況分類：,開式和閉式導(dǎo)軌。,根據(jù)所承受的顛覆力矩的大小來(lái)選擇,開式導(dǎo)軌：在部件自重和外載作用下，導(dǎo)軌面在導(dǎo)軌全長(zhǎng)上可以可以始終貼合的。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但不能承受較大的顛覆力矩。,閉式導(dǎo)軌：增加壓板形成輔助導(dǎo)軌面，以使主導(dǎo)軌面良好接觸的導(dǎo)軌形式。特點(diǎn)：借助壓板使導(dǎo)軌能承受較大的顛覆力矩。,第4章 導(dǎo)軌設(shè)計(jì),足夠的剛度,良好的耐磨性,較高的導(dǎo)向精度,

4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好,良好的低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性,2、導(dǎo)軌的基本要求：,第4章 導(dǎo)軌設(shè)計(jì),二、滑動(dòng)導(dǎo)軌,導(dǎo)軌材料選擇的注意點(diǎn)：,1、導(dǎo)軌的材料： 導(dǎo)軌的材料有鑄鐵、鋼、非鐵金屬和塑料等。主要要求是：耐磨性和工藝性好、成本低。,（1）動(dòng)導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌應(yīng)盡量采用不同材料或材料相同則采用不同的熱處理方法；,（2）動(dòng)導(dǎo)軌比支承導(dǎo)軌的硬度低15~45HBS為宜；,（3）直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌中的長(zhǎng)導(dǎo)軌選用耐磨材料或硬度較高的材料制造。,第4章 導(dǎo)軌設(shè)計(jì),2、導(dǎo)

5、軌的結(jié)構(gòu),（1）直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的類型及特點(diǎn)：,直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌截面的基本形狀主要有三角形、矩形、燕尾形和圓柱形四種形式。,第4章 導(dǎo)軌設(shè)計(jì),三角形導(dǎo)軌：,三角形導(dǎo)軌的對(duì)稱和不對(duì)稱兩種結(jié)構(gòu),當(dāng)水平力大于垂直力，兩側(cè)壓力分布不均時(shí)用,支承導(dǎo)軌的凸三角和凹三角,,,,,,三角形導(dǎo)軌的導(dǎo)向性隨頂角α的大小而不同， α越小導(dǎo)向性越好。但是當(dāng)α減小時(shí)，導(dǎo)軌面的當(dāng)量摩擦因數(shù)會(huì)加大。故，通常取α為900。,第4章 導(dǎo)軌設(shè)計(jì),,三角形導(dǎo)軌的特點(diǎn)：,2）其

6、導(dǎo)向性隨頂角α的大小而改變。頂角α越小導(dǎo)向性越好，但摩擦力也越大。,1）導(dǎo)軌面磨損時(shí)，動(dòng)導(dǎo)軌自動(dòng)下沉，自動(dòng)補(bǔ)償磨損量,3）小頂角用于輕載精密機(jī)械；大頂角用于大型或重型機(jī)床。,第4章 導(dǎo)軌設(shè)計(jì),矩形導(dǎo)軌：,燕尾形導(dǎo)軌：,1）剛度高，加工、維修較方便。但因側(cè)面間隙使導(dǎo)向性差。,2）適用于載荷較大，導(dǎo)向性要求略低的設(shè)備。,1）高度較小，間歇調(diào)整方便，可以承受顛覆力矩。,2）剛度差，加工、檢驗(yàn)和維修不方便。,3）適用于受力小、層次多、要求間

7、隙調(diào)整方便的場(chǎng)合。,第4章 導(dǎo)軌設(shè)計(jì),圓柱形導(dǎo)軌：,制造方便，不易積存較大的切屑，但磨損后很難調(diào)整和補(bǔ)償間歇。,導(dǎo)軌的組合：,雙三角形：導(dǎo)向性和精度保持性好,,,特點(diǎn)：過定位使加工、檢驗(yàn)和維修比較困難。,適用：多用于精度要求較高的設(shè)備,第4章 導(dǎo)軌設(shè)計(jì),雙巨型導(dǎo)軌：承載能力較大，導(dǎo)向性稍差，多用于普通精度的設(shè)備,窄式組合：由一條導(dǎo)軌的兩側(cè)導(dǎo)向,,,寬式組合：分別由兩條導(dǎo)軌的外側(cè)導(dǎo)向,,,寬式組合的導(dǎo)向性比窄式組合更差,第4章 導(dǎo)

8、軌設(shè)計(jì),三角形和矩形導(dǎo)軌的組合：導(dǎo)向性好、制造方便、剛度高。故應(yīng)用廣泛，如磨床、龍門刨床等工作臺(tái)導(dǎo)軌,燕尾形導(dǎo)軌：閉式導(dǎo)軌中接觸面最少的結(jié)構(gòu)，用一根鑲條就可調(diào)節(jié)各接觸面的間歇。如牛頭刨床的滑枕。,,,,,第4章 導(dǎo)軌設(shè)計(jì),矩形和燕尾形導(dǎo)軌：調(diào)整方便，能承受較大扭矩。多用于橫梁、立柱等的導(dǎo)軌。,雙圓柱導(dǎo)軌：常用于只受軸向力的場(chǎng)合，如攻絲機(jī)和機(jī)械手等。,,,,,第4章 導(dǎo)軌設(shè)計(jì),（2）回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌,平面環(huán)行導(dǎo)軌,只能承受軸向載荷,特點(diǎn)：

9、,回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的截面形狀有平面、錐面和V形面三種。,承載力大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便,適用于由主軸定心的各種回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)備,第4章 導(dǎo)軌設(shè)計(jì),錐面環(huán)形導(dǎo)軌,除能承受軸向載荷外，還可承受一定的徑向載荷，但不能承受較大的顛覆力矩。,母線傾角通常取300的夾角,特點(diǎn)：,導(dǎo)向性比平面環(huán)行導(dǎo)軌好，但制造較難。,,第4章 導(dǎo)軌設(shè)計(jì),可以承受較大的徑向載荷、軸向載荷和一定的顛覆力矩。,特點(diǎn)：,制造研磨困難，故工藝性差。有被平面環(huán)行導(dǎo)軌取代的趨勢(shì)。

10、,V形環(huán)面導(dǎo)軌,第4章 導(dǎo)軌設(shè)計(jì),（3）鑲裝導(dǎo)軌：鑲裝導(dǎo)軌有鑲綱導(dǎo)軌（支承導(dǎo)軌）、鑲裝非鐵金屬導(dǎo)軌和鑲裝塑料導(dǎo)軌（動(dòng)導(dǎo)軌）三種。,淬火鋼和氮化鋼鑲鋼導(dǎo)軌：可提高導(dǎo)軌的耐磨性。但鑲鋼導(dǎo)軌的工藝復(fù)雜，加工困難，成本較高。,將導(dǎo)軌分段地鑲裝在鑄鐵或鋼制的床身上。,在鑄鐵床身上鑲裝鋼導(dǎo)軌常用螺釘或楔塊擠緊固定。,在鋼制床身上鑲裝鋼導(dǎo)軌一般用焊接的方法連接。,第4章 導(dǎo)軌設(shè)計(jì),（4）導(dǎo)軌間歇的調(diào)整：,導(dǎo)軌結(jié)合面配合的松緊對(duì)設(shè)備的工作性能影響很

11、大。過緊操作困難，磨損加快；過松影響運(yùn)動(dòng)精度，甚至產(chǎn)生振動(dòng)。因此，必須對(duì)導(dǎo)軌間歇進(jìn)行調(diào)整。,調(diào)整導(dǎo)軌間歇的裝置有鑲條和壓板兩種。,鑲條：調(diào)整矩形導(dǎo)軌和燕尾形導(dǎo)軌的側(cè)隙，以保證導(dǎo)軌面的正常接觸。鑲條放在導(dǎo)軌受力較小一側(cè)。通常有平鑲條和楔形鑲條兩種。,第4章 導(dǎo)軌設(shè)計(jì),平鑲條調(diào)整方便、制造容易；但只在與螺釘接觸的幾個(gè)點(diǎn)受力，容易變形，剛度低。,特點(diǎn)：,平鑲條橫截面有矩形、平行四邊形等，其厚度均勻相等。平鑲條有全長(zhǎng)上的幾個(gè)調(diào)整螺釘進(jìn)行間歇調(diào)

12、整。,第4章 導(dǎo)軌設(shè)計(jì),楔形鑲條兩個(gè)面分別與動(dòng)導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌均勻接觸，剛度高。通過調(diào)節(jié)螺釘或修磨墊的方式軸向移動(dòng)鑲條，以調(diào)整導(dǎo)軌的間隙。,當(dāng)鑲條尺寸較大時(shí)，為保證兩端良好的接觸可在中部削低或橫向開槽，增加鑲條柔度。,第4章 導(dǎo)軌設(shè)計(jì),壓板：用于調(diào)整間隙并承受顛覆力矩。,磨或刮壓板的d 、e面調(diào)整間隙。特點(diǎn)：制造簡(jiǎn)單、調(diào)整復(fù)雜,改變壓板與床鞍結(jié)合面間墊片厚度來(lái)調(diào)整間歇。特點(diǎn)：調(diào)整比較方便，但調(diào)整量受墊片厚度限制，結(jié)合面的接觸剛度下降

13、。,用壓板與導(dǎo)軌之間的平鑲條來(lái)調(diào)整間歇。特點(diǎn)：調(diào)節(jié)方便，剛性較差。多用于經(jīng)常調(diào)節(jié)間歇和受力不大的場(chǎng)合。,,,,,第4章 導(dǎo)軌設(shè)計(jì),3、導(dǎo)軌的驗(yàn)算：,導(dǎo)軌設(shè)計(jì)先參考同類型設(shè)備，初步確定導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式和尺寸，然后再進(jìn)行驗(yàn)算。其步驟和方法見P82。,三、滾動(dòng)導(dǎo)軌,1、滾動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn)：,優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)靈活輕便、摩擦發(fā)熱少，精度保持性好；低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，移動(dòng)和定位精度高；潤(rùn)滑簡(jiǎn)單，動(dòng)壓效應(yīng)好。,缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本高，抗振性較差，必須

14、具有良好的防護(hù)裝置。,第4章 導(dǎo)軌設(shè)計(jì),2、滾動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)：滾動(dòng)導(dǎo)軌按滾動(dòng)體類型可分為滾珠、滾柱、滾針等型式。,結(jié)構(gòu)緊湊，制造容易，成本較低。,點(diǎn)接觸，剛度低，承載能力小。,（1）滾珠導(dǎo)軌：,特點(diǎn)：,適用于運(yùn)動(dòng)部件重量不大，切削力和顛覆力矩都較小的場(chǎng)合。,第4章 導(dǎo)軌設(shè)計(jì),V形-平面組合的開式滾柱導(dǎo)軌：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、導(dǎo)軌面可以配作、制造方便。,（2）滾柱導(dǎo)軌：,線接觸，承載能力和剛度比滾珠導(dǎo)軌大，適合于載荷較大的設(shè)備。,特點(diǎn)：,第4章

15、 導(dǎo)軌設(shè)計(jì),燕尾型滾柱導(dǎo)軌：尺寸緊湊、調(diào)節(jié)方便，但制造成本較高，裝配時(shí)精度檢驗(yàn)不方便。適用于空間尺寸不大又承受顛覆力矩的設(shè)備部件上。,第4章 導(dǎo)軌設(shè)計(jì),十字交叉滾柱導(dǎo)軌：在一對(duì)導(dǎo)軌之間是截面為正方形的空腔，空腔中裝入滾柱，前后相鄰的滾柱軸線交叉成900，使導(dǎo)軌能承受各個(gè)方向的力。,特點(diǎn)：精度高，動(dòng)作靈敏，剛性好，結(jié)構(gòu)緊湊，制造困難。,第4章 導(dǎo)軌設(shè)計(jì),3、滾動(dòng)導(dǎo)軌的預(yù)緊：預(yù)緊可以提高滾動(dòng)導(dǎo)軌剛度，故通常在下列情況下應(yīng)對(duì)導(dǎo)軌預(yù)緊：顛覆

16、力矩大、立式滾動(dòng)導(dǎo)軌上、重量較輕部件的滾動(dòng)導(dǎo)軌。有關(guān)內(nèi)容參見P87頁(yè)。,4、滾動(dòng)體的尺寸與數(shù)目：滾動(dòng)體的直徑、長(zhǎng)度和數(shù)目，可根據(jù)滾動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇，然后按許用載荷進(jìn)行驗(yàn)算。選擇時(shí)考慮如下因素：,（1）滾動(dòng)體直徑：滾動(dòng)體直徑越大，摩擦阻力越小，接觸應(yīng)力越小，剛度越高。一般滾珠直徑不小于6mm ;滾柱長(zhǎng)度在25～40mm內(nèi)。,第4章 導(dǎo)軌設(shè)計(jì),（2）滾動(dòng)體承載能力：滾動(dòng)體承載能力若不能滿足要求時(shí)，可加大滾動(dòng)體直徑或增加滾動(dòng)體數(shù)目。,（