滑动导轨的种类及其特点.pdf

蔺摧磷髯】曲吧腐,妙忘e嘴e 布 透嘴已 常西令毛份e心西奋,.随着机械工业 生产技术发展的需要,一机部机械院组织 北京机 床研究所、广 州机 床研究所、内江机床研究所和有关机床厂、高等院校等单位编写机床设计手册,在编写过程中,做 了大量的调查 研究和收集 资料工作,初 稿写 成后又 征求 了多方面的意见,内容比较丰 富完整。为尽快使广大工人、技术人 员在 设计、技术改造和使用机床中参考,本刊特开辟“设计资料选 编”一栏,陆续选登有关内容。编者滑动导轨的种 类及其特点哈 尔滨工业大学李国伟表1导轨的种类及性能比较导导轨名称称滑动导轨轨滚动导轨轨混混混 合 摩 擦 及动 压导轨轨液体静压导轨轨气体静压导轨轨、。循 环 循环式式金金金 属 对 金 属属金属 对塑 料料料料料料结结构示意意诗夯另另i纂熬.黝黝灵灵奔彩犷犷,幕森-缎缎缎缎缎缎黔黔黔黔摩摩擦 特性性匕匕巨巨,区区匕匕,巨巨,巨巨工工工混合摩擦区区区犷犷甘甘V V V犷犷工工工动压摩擦区区区区区区区主主要特征征一般进给导轨的相对速度不高,导轨的一个工作作是液体静压导导导轨面间放有有滚动体有返回回润润润滑条件差,工作在混合摩擦区非非面上开 有适当 油油轨的变体。将压压滚珠,滚针,滚滚的轨道,可做成成液液液体接触,主运动导轨相对速度在在腔,压力油经节流流力空气送人导轨轨柱等滚动体。滚滚独立的组件(滚滚临临临界速度以上,保持充足润滑时导导器进人油腔使运动动的空腔中,使导导动体在导轨面间间动导轨支承).轨轨轨面间形成一定油膜,为液体接触。部件略为浮升,有有轨面间有一定厚厚无滑动,滚动体体体为为为了促使产生动压,在一个导轨面面一层油膜,油腔压压度的气垫,而不不移动速度为运动动动上上上开有楔形油控。力可自动调节,油油直接接触。部件速度之半。膜膜膜膜厚度几乎不变。行行程程可任意意可任意意可任意意不 宜 太长长可任意意承承载能力力中等等中等,低速时时可以很高高低(受供气压压 (平均比压 述 日二云冷去山去声较高高极大值为O.Sx x x力及有效面积限限限限限限限限限限限限限限限限限限限限限公公斤/厘米勺勺勺勺供油压力x面积积制)导轨面材料料钢丑e6 0 0 0铸铁几20 0 纂纂纂 纂蒸认一,“滚珠导轨轨1。Ze el。6 6 60.040.0 5】钢钢钢一钢2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0滚滚滚滚滚滚滚柱导轨轨3060 0 03.55!速速度度中、高等等中等等低、中等 任意意任意意任愈愈刚刚度度高(接触刚度度塑料层或粘结结保持间隙h小小_低,保持间隙隙无预加载荷的。平滚柱导 轨比相相高高高)剂与底层完全接接时刚度很高高h小时刚度中等等l同尺寸滑动导轨平均约低 2 5%触触触触时刚度也较高高高高!有预加载荷的矩形、燕尾形(刚度最最l l l l l l l l l l l l l好)导轨在予加载荷方向比滑动导轨轨l l l l l l l l l l l l l高9倍以上,其它方向高24倍倍!有预加载荷的对顶三角形滚珠和交交l l l l l l l l l l l l l叉滚柱导轨(刚度最小)在预加载荷方方!向上刚度比滑动大23倍,其它方方 向大致相同.滚动体尺寸相同的滚柱柱!导轨的刚度为滚珠导轨的“一“5倍倍直直 线运动动导轨磨削或刮刮粘结很好时精精极好,可消除除极好,可消除除直接反映导轨面的真实精度,因此此精精度度削可达很高精度度度也很高局部几何误差差局部几何误差,“”轨面精度要“可在较低温度下下下】工作作作气56续表1导导轨名称称滑动导轨轨混混混合摩 擦 及 动 压 导 轨轨液体静压导轨轨气体静压导轨轨非循环式式金金金 属对金属属金 属对塑料料料料料定定位精度和和与移动重量、用聚四氛乙烯烯烯烯烯烯烯烯烯烯烯灵灵敏度 传动刚度和运动动(P.T.F.E)时时时时传动刚度度速速速度有关关为2微米米米米公斤/微米米调调调位移动误差差差差差差不不不用减磨磨1020 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0措措措施施微米米米米米2.24.5 5 50 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0。8 8 8用用用防爬爬Ze es s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s油油油或液液微米米米米米0。2 2 2压压压卸荷荷荷荷荷荷荷荷荷荷荷荷荷运运动平稳性性低速时(160 0 0用P.T.F.E E E无爬行现象,无爬行现象象毫毫毫米/分)容易出出基材料可做到无无运动平稳稳稳现现现爬行爬行现 象象象象运运动阻力 静摩擦力与停止止摩擦力大为降降摩擦力很小,极小(气体粘粘粘粘粘粘粘粘粘不不不动时间有关,动动低低摩擦系数与速度度度比油的低)导轨材料料摩摩摩擦与速度有关关关为线性关系系系系系系系系系系铸铸铸铁一铸铁铁铁铁铁淬火钢钢f f f f f=0.180.02 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2铸铸铸铁一淬火钢钢钢钢钢钢钢钢钢钢钢钢了了了=0.250.05 5 5 5 5 5 5 5 5铸铁铁抗抗振性性激振力小于摩擦擦吸振振能减振振振力力力时起阻尼作用用用用用激激激振力大于摩擦擦擦擦擦力力力时振幅显著增加加加加加工工工作台速度小于于于于于振振振动速度(如磨床床床床床砂砂砂轮架导轨)宜采采采采采用用用减振器器器器器寿寿命命非淬火铸铁低,不同程度的提提很高(几乎没没很高 表表表面淬火或耐磨铸铸高高有磨损,无金属属属铁铁铁中等;淬火钢高高高直接接触)工工艺和成本本结构简单,制制同左,或成本本加工要求比滑滑成本比静压导导对导轨几何精度要求高,制造比滑滑造造造容易,成本低低略有增加加动导轨高,需要要轨略低,需供气气动导轨复杂,随着导轨磨 削工艺改进进一一一一一套油压装置成成设备备和滚动导轨的集中专业生产,成本会会本本本本本高,尺寸愈大大大有所下降,导轨尺寸越大成本越高高成成成成成本愈高,但比比比比滚滚滚滚滚动导轨增加慢慢慢慢应应用情况况广泛用于普通精精用于仿 形机机用于重型机床床用于承载能力力度度度的机床和对低速速床、数字程控机机如立车工作台,不大或调位移动动运运运动均匀性及定位位床以及 重型机机撞床立柱滑板,的导轨,如数控控精精精度无过高 要求求床。在修理机床床龙门铣、龙门刨、钻锁床的座标工工时时时.导轨的润滑油油导轨时也常用。铣刨联合机床工工作台,组合机床床不不不易回收,不便采采采作台导轨。要求求工作台,移动式式用用用循环润滑时均 为为为移动平稳、精确确平面磨床砂轮架架混混混合摩擦导轨。如如如定位的机床如外外导轨以及测量机机车车车床、铣床工作台,回磨床砂轮架导导的导轨轨龙龙龙门式机床横梁立立立轨,导轨磨床,柱柱柱,只有在立式车车车数控机床,仿形形形床床床,龙门刨床主导导导机床。轨轨轨上才能形成动压压压压压导导导轨轨轨轨轨注:.滚动导轨的平均比压是按一个滚动体上所受载荷尸平均分排在导轨一个间距t所占面积上,滚柱导轨的平均比压P,一一,一、一二,:一P,_._一、P.六二,(l滚柱长度);滚珠导轨的平均比压P。子,(d滚珠直径)。l。t、一一叮卜切,.”一子一rd。t、一叮、一一.2。3。6。7。如果滑动速度超过液体流动速度,前面的空气会浸入导向边。表中所列刚度、定位精度、运动阻力均为试验台实验数据。某些烧结材料和聚四氟乙烯浸演材料不能刮或磨。定位精度用调位误差表示,调位误差是指机构(如操纵机构上的刻度数)指定的位移与执行机构实际位移量的差值。灵敏度是指移动部件一开始移动时指令机构上所表示的位移量。二小古饥桩次知划的二朴袜 俪二佑斗。1 r排储广。斗。.、,l八二,、,。斗法,八二、,专、。八二二二,二用含有极性添加剂 的导轨油加强传动刚性,使仁 传动刚度(六公斤/米)/被传动质量(公斤)“0 0可避免爬行为防止供油、供气失效而磨损,常采用耐磨材料.J吸557表、2导轨的截面形状凸凸形形凹形形角角角对对r t 0 命命导向精度高,能自动补偿磨损损形形形称称称称凸形的有利于排屑,但不易保存润滑油,只用于低速移动动导导导导导导导导导导导导导导导导导导凹形的容易保存润滑油,有利于润滑,但必须注意导轨的防护,轨轨轨不不I勒勒口与7口.低高速均可采用用对对对对对痴杯杯水平和垂直力相差较大,两侧压力分布不均时采用不对称导轨。称称称称称称三角形顶角a一般取为90。,重型机床承受载荷大,采用较大顶顶角角角角角角(a=1 1。12。),精密机床采用小于9 0。的顶角以利于提高导导向向向向向向精度度矩矩形导 轨轨嚼嚼冬礴.制造简便,承载能力大。新的导轨制造精度可以很高但磨损后不不能能能能能自动补偿,必须有镶条调节,这样便 使导向精度降低。该导轨应应用用用用用较广,但应注意导轨的防护护燕燕尾形导轨轨轨咚扮,易易加工面最少,刚度不及矩形导轨,受较大的颠覆 力矩和向上的切切削削削削削力时不能保持导轨面良好接触,制 造,检验略为麻烦。用一根镶镶条条条条条可调节各面间隙,调整及夹紧简便,尺寸紧凑,适用于要求高度度较较较较较、小层次较多的部件,广泛用于仪表机床床注:三角形导轨顶 角小于90 0会使横截面减小,刮研也较困难,由于尖劈作用有较大阻力。顶角大于90 0导 向性差,故90 是最好的方案。表3封闭轮廓导轨的截面形状序序号号截面形状状特点及应用情况况1 1 1 1 1令令制造简单,外圆采用磨削,内孔巧磨可达到精密的配合,例如中小型磨磨圆圆圆圆床尾架一般要求间隙为0.00 50.0 1毫米。磨损后不能调整间隙。为防止止转转转转动,可在圆往表面开键槽或加工出平面,但不能受大的扭矩,主要用于于受受受受轴向载荷的场合,如钻床、铿床、铣床的主轴套筒,车床、外回磨床尾尾座座座座以及摇臂钻床立柱柱2 2 2 2 2、藤藤制造简单,能承受一定扭矩,可以通过修刮两个结合面来调整中心的位位形形形崖黔黔置,磨损后可以用修刮调节值值尾尾尾尾座,砂轮修整器上也有采拜拜3 3 3 3 3辉娜巍如如能受大的扭矩,磨损后修刮接合面1可以调整间隙,或用两根镶条调整整那那那凿间隙。空心梭形体具有高的刚度,导向长度大约为矩形对角线的2.5倍。用用用用于立式车床刀架滑枕枕4 4 4 4 4/、山一从二二能承受大的扭矩,磨损后修刮结合面1可以调整间隙,或用两根镶条调调角角角攫长君钧钧整间隙,八角形截面具有很高的刚度。用于立式车床刀架滑枕,可移式刨刨形形形谬 黔-床滑枕枕5 8表4两条导轨的组合形式组组合形式式简图图特点及应用情况况1 1 1 1 1怪穿禧加工承载面1时不涉及导向面2,因而制造调整简单。闭式导轨有辅助助矩矩矩”唇霎产导轨面3,用压板调节间隙。导向面2用镶条调节间隙,接触刚度低,易易形形形形受力偏转而降低导向精度。导向面2之间的距离与大,热膨胀 时变 形量量导导导导大,要求间隙大,因而导向精度降低。但承载能力大。用于普通精度的机机轨轨轨轨床,如升降台铣床床身、组合机床、龙门铣床床身、车床小刀架、拉床床床宽宽宽宽身和重型机床床身。式式式式式组组组组组合合合合合匀匀匀,爵读噢噢导向面2之间的距离L:比上述结构的几小,加工测蚤方便,容 易 获获矩矩矩蘸募颤薯薯得较高的平行 度。热膨胀时变形最小,可以选用较小的间隙。因而提高了了形形形形导向精度。应用比矩形宽式组合广泛导导导导导轨轨轨轨轨窄窄窄窄窄式式式式式组组组组组合合合合合3 3 3 3 3瞬霎聊.导向面2对称分布在导轨中部,当传动件位于对称中心线上时,避免了了矩矩矩酥夔罐罐由于牵引力与导向中心不重合而引起的偏转,不致在改变运动方向时引起起形形形形位置误差。由于采用 了窄式组合的原理,故导向精度高,用于升降台铣床床导导导导横滑板导轨。轨轨轨轨轨对对对对对称称称称称组组组组组合合合合合4 4 4 4 4。睡剔剔两个三角形导 轨同时起支承和导向作用,磨损后相对的对称位置不变,双双双;辱溺溺对加工精度影响小,不需镶条调节间隙,接触刚度好,导向精度高.但工工角角角角艺性差,四个表面刮 削或磨削后完全接触比较困难,加工不好,配合时会会形形形形产生整劲现象。床身和运动部件热变形量不同时,也难保证四个面同时接接导导导导触,故不宜用在温度变化太大的场合。常用于高糟度车床、丝杠车床、六六轨轨轨轨角车床、滚齿机的刀架滑板与床身导轨、齿轮磨床、单柱座标锐床立柱、龙龙龙龙门刨床工作台导轨。5 5 5 5 5或!蘸面履履角形导轨为导向面,它保留了双三角形的许多优点,但制 造比较方方V V V V V“卿牙碑哪哪避免了 由于制造不良和热变形 引起的配合变化。三角形导轨比矩形导导平平平平轨磨损快,又不能通过调节来补偿,磨损后对位置精度有影响。当存在偏偏导导导导时不能保证水平面的导向性,驱动元件不宜放在V一平导轨中央而是常常轨轨轨轨设在V形之下或偏向V形导轨。广泛用于车床床身、磨床、龙门刨床、组组组组门铣床、滚齿机、座标锐床工作台导轨。合合合合合6 6 6 6 6一蠢会易易是闭式导轨 中接触面最少的一种结构,用一根镶条即可调节各接触面间间燕燕燕!反乘的间隙,调节方便,结构简单尺寸紧凑,是仪表机床导轨的基本形式,常常尾尾尾尾用于牛头刨床、插床滑枕、升降台铣床床身、工作台导轨,也有用于卧式式形形形形镇床立柱床身。由于它的刚度低,有被矩形导轨代替的趋势。导导导导导轨轨轨轨轨矩矩形导轨能受较大的力矩,燕尾导轨加工面少,调节间隙简单,常用于于有有单向力矩的地方,由矩形导轨承受力矩,燕尾导轨导向,如多刀车床刀刀架架(a.b),立式车床,龙门刨床横梁、立柱导轨(c,d),牛头刨床工作台导导轨轨(力和摇臂钻床横臂导轨。方案,d多一个文承面,承载力强,但 加工工复复杂。.5 9.续表4组组合形式式简图图特点及应用情况况8 8 8 8 8下馨馨组成闭式导轨的接触面数较少。调整间隙只需一很镶条。三角形导轨能能角角角承受水平及垂直载荷,同时又能起承载和导向作用,导向精度高。加工测测形形形形量比较麻烦。用在多刀车床前后刀架的导轨(a),座标撞床横梁和主轴箱箱与与与与溜板导轨(b)。燕燕燕燕燕尾尾尾尾尾组组组组组合合合合合9 9 9 9 9飞翔一4 4 4保持一定尺寸t时具有足够的刚度,能承受各方向的切削力。导轨做为为双双双,饵马枷一沙沙装配式结构时,导轨本身具有镶条或压板作用,移动一个导轨即可调节间间角角角角,加工装配、调节比较容易。用于平面磨床工作台、多轴自动车床横刀刀形形形形、纵切自动车床主轴箱。对对对对对顶顶顶顶顶组组组组组合合合合合1 1 1 0 0 0夔国国国国国国国国圆柱面同时为导向面和支承面。钢管或棒料经淬火磨削能达到很高直线线双双双双园园熟止画画画度,制造简单,与铸铁或有色合金孔配对具有很高的耐磨性,但对两圆柱柱回回回回回回回回回回轴线的平行度要求较高。回柱两端固定时刚性较羞。主要用于承受轴向力力柱柱柱柱竺竺竺竺竺叼叼叼的场合,如推床、拉床、巧 磨机、内孔磨床、攻丝机。圆柱导轨安放在床床导导导导导一口口口口身上的结构可避免导轨本身变形,但结构比较复杂,床身上要加工出一定定轨轨轨轨轨轨轨轨轨轨轨轨精度要求的接合表面(平面或V形面)。1 1 11 1 1a a a a a a a a a a双圆柱导轨要求较高的平行度,否则运动时有鳌劲现象,采用圆柱与矩矩回回回导导 形导轨组合不仅可避免这一缺点而且制造容易。用于多轴 自动车床的纵刀刀柱柱柱柱柱柱柱柱架(b)和横刀架(c)。矩形导轨倾斜时,刀架移动的同时还可作摆动进退退与与与与刀(a)。矩矩矩矩矩形形形形形导导导导导轨轨轨轨轨组组组组组合合合合合n接合面数,1承载面;2导向面,3辅助导轨面表5采 用三条导轨时的组合形式组合形式特点及应用情况用中间矩形导轨两侧的垂直面导向,用镶条调整侧面间隙。当传动元件放在前两条导轨之间时,传动力会引起移动部件绕某一中心线偏转,在仔细调节镶条使两侧面之间隙尽可能小时,移动件的偏转量约为0.0 40.肠毫米/1 0 0 0毫米。由于不均匀磨损,侧面间隙增加时,偏转量还要加大,此时镶条间隙调整过小,磨损小的 区域会卡住。该导轨制造简单,用在重型镬床及龙门刨床上,目前已较少采用。三条矩形导轨6 0续表5组组合形式式简图图,特特特特点及应用情况况两两两Q Q Qa.中间三角形导轨主要起导向作用,两侧矩形导轨承载,当传动元件放放条条条默露 在前两条导轨之间时偏转里可达0.0 60.2毫米/1 0 00毫米。分别调节每每矩矩矩牙式式条导轨润滑油流量和压力,偏转量可减小至。.0 2。.0 3毫米/10 0 0毫米,形形形乍蔽薰条习习用于重型撞床床身导轨。与与与开式式b.重型龙门 刨床工作台用双齿条传动时 偏转量很小,用V形导轨导导角角角角向,不需镶条,是重型龙门刨床工作台导轨的主要形式,也见于座标撞床。形形形形c.工作台用单齿条传动时,为克服传动力引起偏转,齿条放在中央,V V V组组组组形导轨偏置在一侧。较少采用。合合合合合两两导导峰鑫蜘目目传动元件不在对称中心线上时,改用两个不对称三角形导轨后偏转量大大条条轨轨轨为减少。上滑板在前端 时(润滑压力56公斤/厘米2)偏转量0.00 5毫米/不不与与与100 0毫米,上滑板在中间时为0.00 6毫米/10 0。毫米,上滑板 在后端时为为对对矩矩矩0.0 2毫米。制造比较复杂,用于重型锁床上。称称形形形形三三导导导导角角轨轨轨轨重型锐床床身宽度300 0毫米、龙门刨床工作台宽度5。毫米、龙门铣床工作台宽度)3 000毫米时用三条 导轨。表6园环导轨的截面形 状导导轨形状状特点及应用情况况平平平麟麟瀚瀚制造容易,能承受较大的轴向力,但不能承受径向 力,因此必须与主轴轴回回回回回或短轴联合使用。平导轨和滚动轴承主轴配合使用摩擦损失小,精度高。圆圆圆圆圆是目前用得最多的一种形式。适于采用镶片导轨、动压导轨和静压导轨。环环环环环用于高速大载荷的机床。如立轴圆台平面磨床、滚齿机和立车工作 台导导导导导导导轨。轨轨轨轨轨轨锥锥锥哪哪撇撇制造也比较容易。能承受一定径向力,但不能受较大的颠覆力矩,径向向形形形形形刚度大,导向性比平面形好。常和主轴联合使用。用于径向力较大的机床,圆圆圆圆圆如花盘直径小于3.5米的立车工作台,但要保证锥形表面与主轴的同心度度环环环环环比较困难。允许工作台自由热变形。母线倾斜 角常取3 0。导导导导导导轨轨轨轨轨轨V V V V V、肪肪能承受较大的径 向力.轴向力和一定的颠艘力矩。制造比较复杂,必须须形形形认认保证两个锥面和主轴中心的 同心度。工作台和床身热变形不同,两个导轨轨圆圆圆2叫钟钟聂覆 暴雳晕曹早犷篙黔油着爵拿藻毡漫鑫豪笋隽霭 怎凳徒腐 着病纂篙霖 瘟瘟环环环叱粼暴 瓮益益冒 薯盛霆高番乙督霖德熟委皇 乡 烫魏衷 鳖奏繁 暑竿焉望纂轴暴 篙篙导导导导鹭纂李象暴 熬馨卿黄袭聋奢霖轶完麦夯翌拿堕 篆 秦鹅 护 弄霖毕架 蔷暴耸最最轨轨轨轨(c)主要用在滚齿机工作台上。导轨外侧间隙量。大约为:工作台直径D20 0050 0 0毫米八=0.0 5毫米D3000毫米A二0.08毫米61