【文章內(nèi)容簡介】 機床導軌面結構是機床工作過程中的重要一環(huán) 所以 近些年 設計者在設計機床時，導軌的設計形式是多種多樣的。人們不禁要問，哪一種導軌是最佳的。機床控制元件的運動實現(xiàn)了機床的精密加工，這是手動工具和機床的主要區(qū)別， 而導軌面結構 是機床的控制元件之 一。 機床制造者最關心的莫過于機床的精度，剛性和使用壽命。對導軌系統(tǒng)的研究途徑是很不夠的，至少在機床制造技術方面 沒有把它放在重要的位置上，在機床樣本，宣傳廣告上，最具有吸引力的技術參數(shù)是：主軸轉速、進給速度、換刀時間和快速進給速度。當然，這些參數(shù)對機床的性能是很重要的。但導軌為機床功能的實現(xiàn)奠定了可靠的基礎 [1]。 由于具有工作壽命長、摩擦系數(shù)低、速度變化和載荷變化對油膜剛度影響小、工作穩(wěn)定等諸多優(yōu)點，液體靜壓導軌被廣泛應用于精密加工機床、雷達天線等民用與軍用設備中。隨著對數(shù)控機床的加工精度和效率要求的不斷提高為了提高工作臺承載能力和性能，減少工作臺和底座間磨損，延長工作臺使用壽命，液體靜壓導軌在各種數(shù)控機床 中 (特別是重載高精度數(shù)控機床 )也得到了廣泛的應用 [2]。 學士學位論文 2 國內(nèi)外機床導軌研究發(fā)展現(xiàn)狀 靜壓導軌因具有高精度、高剛度、長壽命等一系列優(yōu)點而得到了廣泛的應用。支承是機床和其他機械設備的重要部件，直接影響機械設備的工作性能。液體靜壓支承技術的應用主要包括液體靜壓軸承和液體靜壓導軌兩大類。液體靜壓導軌是液體靜壓支承技術在導軌中的主要應用。 液體靜壓導軌的主要優(yōu)點是：摩擦系數(shù)小，一般為 ～ 械效率高；導軌面之間的油膜很?。痪哂辛己玫臐櫥院臀裥?；導軌長期使用無磨損；工作運動平穩(wěn)。 因此，液體靜壓導比滑動導軌和滾動導軌的壽命高許多倍。同時，液體靜壓導軌運動速度的變化對其油膜厚度和剛度的影響小，消除了工作臺低速運動的“爬行”現(xiàn)象，且降低了對導軌材料的要求 [4]。 由于液體靜壓導軌具有上述諸多優(yōu)點，且技術的不斷成熟，因此液體靜壓導軌能滿足高精度、重載荷及各種速度范圍機床的要求，在各種機床(尤其是數(shù)控機床、超精密機床 )中得到了廣泛的應用。當今生產(chǎn)的數(shù)控機床廣泛采用液體靜壓導軌。例如：美國 IlqGERSOLL集團旗下的德國WALDluCH SIEGEN公司和 WAI， DRjCH COBURG公司、法國 FOREST LINE公司、日本的 TOSⅡ BA公司均生產(chǎn)采用液體靜壓導軌的數(shù)控龍門鏜銑床。液體靜壓導軌在超精密加工機床中的應用也較為廣泛。超精密加工設備是實現(xiàn)超精密加工技術的必須手段，而超精密機床的性能取決于其關鍵部件的性能。導軌副是超精密機床的關鍵部件之一，直接影響超精密加工的精度。液體靜壓導軌相對于滾動導軌和動壓導軌有摩擦阻力小、使用壽命長、速度范圍廣、抗振性能好和適應性好等優(yōu)點。因此，液體靜壓導軌在超精密加工機床中液體靜壓導軌得到了廣泛應用。例如：美國 LLNL實驗室從 60年代開始研制精密 機床，該實驗室先后開發(fā)了 DTMI、 DTM2型超精密機床，并于 1983年 9月成功地開發(fā)出代表當代超精密機床最高水平的DTM． 3型臥式大型光學金剛石超精密車床。該機床利用激光干涉儀來進行位置測量，采用液體靜壓軸承和液體靜壓導軌，位置控制精度可達O． 0139m，加工的黃銅零件表面粗糙度可 。在日本，大森整等人將超精密油靜壓驅動系統(tǒng)應用于超精密多軸鏡面加工機床上，位置精度分辨率達到 lOnm，加工工件粗糙度 7rim。 NanoTechS00FG采用液體靜壓導軌，其水平直線度和垂直直線度分別達到 ／ 250mm和 。 um／250mm，定位精度為 ／ um／ 250mm。小泉孝一等人將液體靜壓導軌技術成功的應用于生產(chǎn)民用液晶顯示器的平面研磨機上。 在國內(nèi)，液體靜壓導軌在各種機床中的應用也越來越普遍。例如：國產(chǎn) XK2125數(shù)控龍門鏜銑床床身工作臺導軌、寶鋼寬厚板主體設備中的剪切線雙邊剪設備和 YK73125成形磨齒機中的主要導軌運動副均采用液體靜壓導軌技術 [1]。 學士學位論文 3 課題研究的主要內(nèi)容和方法 本次課題研究的主要內(nèi)容： ，選著所需的導軌。 確設計要求擬定機床導軌設計制造總 體方案 制。 。 本次課題研究的 解決方法： 通過對靜壓導軌的優(yōu)缺點，導軌的受力分析，導軌的材料、潤滑條件、加工工藝、維護措施和通過考察調(diào)研，查閱相關資料，綜合應用專業(yè)的理論知識 ,掌握機械裝置的設計方法和步驟 ,在通過多次的計算校對等方面來完成。 學士學位論文 4 第 2章 機床導軌的選用 導軌的功用和分類 導軌的功用是導向和承載。在導軌副（如工作臺和床身導軌）中，運動的一方面（如工作臺導軌）叫動導軌，不動的一方（如床身導軌）叫做支承導軌。 導軌按摩擦性質可分為滑動導軌 和滾動導軌。 在滑動導軌中有靜壓導軌、動壓導軌和普通導軌。靜壓導軌的原理和靜壓動軸承相同，兩導軌面間有一層靜壓油膜，屬于純液體摩擦，多用于進給運動導軌。動壓導軌，當導軌面間的相對滑動速度達到一定值后，液體的動壓效應是導軌油腔處出現(xiàn)壓力油楔，把兩導軌面分開，從而形成液體摩擦，這種導軌只能用于高速的場合，故僅用作主運動導軌，例如立式車床導軌。普通滑動導軌的摩擦狀態(tài)有的為混合摩擦。這時，在導軌面間雖有一定得的動壓效應，但由于速度還不夠高，油楔還不足以隔開導軌面，導軌面仍處于直接接觸狀態(tài)。大多數(shù)普通滑動導軌 屬于這一類。有的普通滑動導軌速度很低，導軌間不足以產(chǎn)生動壓效應，處于邊界摩擦狀態(tài)。 滑動導軌、靜壓導軌與滾動導軌的特點和經(jīng)濟性 導軌質量對機床剛度 ,加工精度和使用壽命具有很大的影響 ,作為機床進給系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié) ,不同類型的機床對導軌的要求不同 ,數(shù)控機床的導軌比普通機床的導軌要求要高。且希望其高速進給時不發(fā)生振動 ,低速進給時不出現(xiàn)爬行 ,靈敏度高。耐磨性好 ,可在重載下長期連續(xù)工作 ,精度保持性好等 ,這是機床制造廠設計機床和機床用戶選用機床時 ,必須考慮的問題。下面對三種導軌形式進行比較 : 滑動導軌 滑 動導軌在機床上應用的歷史最為久遠 ,至今在各類機床產(chǎn)品上廣為應用 ,尤其是普通機床 ,它往往采用鑄鐵件或鑲鋼導軌制成。為了提高導軌的耐磨壽命和精度 ,一般對導軌表面進行面淬火及磨削加工 ,現(xiàn)代機床尤其是數(shù)控機床常用塑料滑動導軌。 塑料滑動導軌具有摩擦因數(shù)低 ,且動、靜摩擦因數(shù)差值小 ,減振性好 ,具有良好的阻尼性 ,耐磨性好 ,有自潤滑作用 ,塑料滑動導軌有鑄鐵表面淬火 — 塑料滑動導軌和鑲鋼 — 塑料導軌。塑料滑動導軌常用在導軌副的運動導軌上 ,與之相配的金屬導軌采用鑄鐵或鋼質材料。塑料導軌分為注塑導學士學位論文 5 軌和貼塑導軌 ,導軌上的塑料常 用環(huán)氧樹脂耐磨涂料和聚四氟乙烯導軌軟帶。 注塑導軌。導軌注塑或抗磨涂層的材料是以環(huán)氧樹脂和二硫化鉬為基體 ,加入增塑劑 ,混合成膏狀為一組分 ,固化劑為另一組分的雙組分塑料這種涂料附著力強 ,具有良好的可加工性 ,可經(jīng)車、銑、刨、鉆、磨削和刮削加工。也有良好的摩擦性和耐磨性 ,而且抗壓強度比聚四氟乙烯導軌軟帶要高 ,固化時體積不收縮 ,尺寸穩(wěn)定。特別是可在調(diào)整好固定導軌和運動導軌間的相關位置精度后注入涂料。可節(jié)省許多加工時間 ,特別適用于重型機床和不能用導軌軟帶的復雜配合型面。 貼塑導軌。在導軌滑動面上貼一層 抗磨的塑料軟帶 ,與之相配的導軌滑動面經(jīng)淬火和磨削加工。軟帶以聚四氟乙烯為基材 ,添加合金粉和氧化物制成。塑料軟帶可切成任意大小和形狀 ,用膠粘劑粘貼在導軌基面上由于這類導軌軟帶用粘貼方法 ,故稱為貼塑導軌。 一般說來 ,滑動導軌最顯著的特點是具有優(yōu)良的剛性 ,吸振性 (抑制刀具切削時產(chǎn)生的振動 )和阻尼性 (防止導軌系統(tǒng)啟動或停止時的振動 ),適宜切削負載大的機床使用。且成本較低 ,經(jīng)濟實用 [6]。 滾動導軌 滾動導軌的特點是 :磨擦系數(shù)小 ,磨擦系數(shù)一般在 ~ 的范圍內(nèi) ,動、靜摩擦系數(shù)基本相同 ,啟動阻力小 ,不易產(chǎn)生沖擊 ,低速運動穩(wěn)定性好 。定位精度高 ,運動平穩(wěn) ,微量移動準確 ,磨損小 ,精度保持性好 ,壽命長抗振性差 ,對防護要求高 ,結構復雜 ,制造較困難 ,一般由專業(yè)廠制造 ,成本較高。 滾動導軌尤其是直線滾動導軌 ,這十幾年被大量采用 ,隨著數(shù)控機床高速化趨勢的出現(xiàn) ,而被應用得越廣泛。與滑動導軌不同的是 ,由于滾動導軌采用了鋼球或滾柱作為滾動體 ,其與導軌的接觸特點為點接觸或線接觸 ,具有較小的摩擦系數(shù)。又由于滾動導軌在組裝過程中施加了一定的預加負荷有較好的導軌的阻尼特性 ,但這種阻尼特性較之傳統(tǒng)滑動導軌的阻尼特 性有一定差距。 靜壓導軌 靜壓導軌是將有一定壓力的油液 ,通過節(jié)流器輸送到導軌面的油腔中 ,形成壓力油膜浮起運動部件 ,使導軌工作表面處于純液體摩擦不產(chǎn)生磨損 ,精度保持性好 ,同時摩擦系數(shù)也極低 ,從而使驅動功率大為降低。此外 ,靜壓導軌的運動不受速度和負載的限制 ,低速無爬行 ,承載能力大 ,剛度好 。油液有吸振作用 ,導軌摩擦發(fā)熱也小 ,其缺點是結構復雜 ,需配置一套專門的液壓系統(tǒng)作為供油系統(tǒng) ,油的清潔度要求高 .。從大型重載機床且要求精度較高的角度看比較實用。 學士學位論文 6 導軌耐磨性 當移動部件沿導軌移動時，要求導軌具有足夠 的導向精度。然后移動部件長時間的移動，將會磨損導軌而影響導向精度。導軌磨損的快慢，取決于下列因素 :導軌材料的杭磨性能，表面是否熱處理，兩條導軌的平行度、直線度，比壓大小，潤滑方式等。 采用下述措施可提高導軌的耐磨性 : 導軌材料的選擇 導軌大多用灰鑄鐵或合金鑄鐵材料，耐磨性能好，材料中的石墨起著潤滑、減磨作用。一般選用硬度較高的灰鑄鐵 HT200(硬度 HB170~241)材料的硬度高，耐磨性也會提高。 鑄鐵導軌工作面淬火處理 經(jīng)驗證明，兩