1、 .PAGE16 / NUMPAGES24 .理工大學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計題目：機床導(dǎo)軌面結(jié)構(gòu)與精密制造 工藝設(shè)計 院、系： 機械動力工程學(xué)院 姓名： 洋 指導(dǎo)教師： 彬 系 主 任： 彬 2011年06月24日機床導(dǎo)軌面結(jié)構(gòu)與精密制造工藝設(shè)計摘 要在機床的生產(chǎn)制造中，特別是對于大型與超大型數(shù)控機床，由于其體形龐大，而且需具備超重的載荷能力與重切削負荷能力，采取多條導(dǎo)軌來防止重載荷下工作臺的變形，并且可減小超重加工件對導(dǎo)軌的壓強。此時如果采用普通潤滑導(dǎo)軌，其摩擦力相對較大，特別是導(dǎo)軌的靜、動摩擦力變化會直接影響到加工質(zhì)量與精度的控制，難以達到數(shù)控的技術(shù)要求。因此，采用靜壓導(dǎo)軌是機床制造中一種常見的設(shè)

2、計形式。由于具有高剛度、高精度、低磨損等技術(shù)優(yōu)勢，靜壓導(dǎo)軌被廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床領(lǐng)域。靜壓導(dǎo)軌的剛度、承載能力與其工作性能直接影響機床的加工精度，確保導(dǎo)軌的精度始終處于最優(yōu)先對于考慮的因素。在工作過程中，導(dǎo)軌的精度隨承載力的變化而變化，有時甚至超出了規(guī)定承載的圍，這不僅減少了導(dǎo)軌的壽命，同時也降低了數(shù)控機床的加工精度和加工圍。因此，有必要對現(xiàn)有的靜壓導(dǎo)軌進行改進，并采用相應(yīng)的控制方案來提高液體靜壓導(dǎo) 軌的剛度和承載能力。論文中第一部分主要研究所研究課題的現(xiàn)狀，發(fā)展趨勢，以與目前以研究的水平，初步確立研究的方向和研究方法。論文中第二部分分析了導(dǎo)軌的功用和分類，根據(jù)實際情況選著其適用導(dǎo)軌。確定設(shè)計的

3、理論基礎(chǔ)，為下步設(shè)計做基礎(chǔ)鋪墊。論文中第三部分為本次設(shè)計的結(jié)構(gòu)分析，先通過分析靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)和優(yōu)缺點與靜壓導(dǎo)軌在重型機床上的應(yīng)用和承載能力為導(dǎo)軌制造工藝設(shè)計做鋪墊。論文中第四部分為導(dǎo)軌制造工藝設(shè)計過程，可通過機床導(dǎo)軌的熱處理，導(dǎo)軌結(jié)合面表面精度加工與長導(dǎo)軌的分段加工與其自然調(diào)平來完成導(dǎo)軌制造工藝設(shè)計過程。關(guān)鍵詞：靜壓導(dǎo)軌;承載能力；熱處理；高頻表面淬火Slide surface structure with precision tools to make the process designAbstractIn the machine manufacturing, especially for

4、large and super large nc machine tools, because its bold, and to have the overweight load capacity and heavy cutting load ability, take DuoTiao guide to prevent the heavy load of the deformation, and can reduce the pressure of the guide to overweight product. If this time using common lubrication gu

5、ide rail, the friction is opposite bigger, especially the guide rail static and dynamic friction change will directly affect the processing quality and precision of the control, it is difficult to meet the numerical control technology requirements. Therefore, the static pressure guide is a kind of c

6、ommon machine tools design form.Because of the high rigidity, high precision, low wear technology advantage, static pressure guide has been widely used in the field numerical control machine. The stiffness of the static pressure guide rail, carrying capacity, and work capability directly influence t

7、he machining precision of the machine tool, to ensure the accuracy of guide rail is always in the most preferred to consider the factors. In the process of operation, the accuracy of the bearing capacity of guide rail with changes, sometimes even beyond the scope of the regulations, the bearing not

8、only reduced the guide life, while also reduces the machining precision of the numerical control machine tools and machining scope. Therefore, it is necessary to improve the existing static pressure guide rail, the corresponding control scheme to improve the stiffness of the guide rail liquid static

9、 pressure and load capacity.In the paper the first part of the present situation of the research institute, development trend, and are currently in the level of the research, the research direction and establish preliminary research methods.The second part of the paper analyzed the function of the g

10、uide rail and classification, according to the actual situation of the applicable topicktheguide. Sure the design theory of basis, for the next step design do basic books.The third part of the paper to the design of the structure analysis, first through the analysis of the advantages and disadvantag

11、es of static pressure guide rail structure and static pressure guide in the application of the heavy machine tools and carrying capacity for guide rail manufacturing process or design.In the paper the fourth part for guide rail manufacturing process design process, but through the machine slideway h

12、eat treatment, surface precision guide joint surface processing and long guide section processing and its natural levelling to complete guide rail manufacturing process design process.Keywords：static pressure guide ;carrying capacity ; heat treatment ; highfrequency hardening目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPE

13、RLINK l _Toc296530036摘要 PAGEREF _Toc296530036 h IHYPERLINK l _Toc296530037Abstract PAGEREF _Toc296530037 h IIHYPERLINK l _Toc296530038第1章 緒論 PAGEREF _Toc296530038 h 1HYPERLINK l _Toc2965300391.1 課題背景 PAGEREF _Toc296530039 h 1HYPERLINK l _Toc2965300401.2 課題研究目的和意義 PAGEREF _Toc296530040 h 1HYPERLINK l

14、 _Toc2965300411.3 國外機床導(dǎo)軌研究發(fā)展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc296530041 h 2HYPERLINK l _Toc2965300421.4 課題研究的主要容和方法 PAGEREF _Toc296530042 h 3HYPERLINK l _Toc296530043第2章 機床導(dǎo)軌的選用 PAGEREF _Toc296530043 h 4HYPERLINK l _Toc2965300442.1 導(dǎo)軌的功用和分類 PAGEREF _Toc296530044 h 4HYPERLINK l _Toc2965300452.2 滑動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌與滾動導(dǎo)軌的特點和經(jīng)濟性 PA

15、GEREF _Toc296530045 h 4HYPERLINK l _Toc2965300462.2.1 滑動導(dǎo)軌 PAGEREF _Toc296530046 h 4HYPERLINK l _Toc2965300472.2.2 滾動導(dǎo)軌 PAGEREF _Toc296530047 h 5HYPERLINK l _Toc2965300482.2.3 靜壓導(dǎo)軌 PAGEREF _Toc296530048 h 5HYPERLINK l _Toc2965300492.3 導(dǎo)軌耐磨性 PAGEREF _Toc296530049 h 6HYPERLINK l _Toc2965300502.3.1 導(dǎo)軌材

16、料的選擇 PAGEREF _Toc296530050 h 6HYPERLINK l _Toc2965300512.3.2 鑄鐵導(dǎo)軌工作面淬火處理 PAGEREF _Toc296530051 h 6HYPERLINK l _Toc2965300522.3.3 導(dǎo)軌面的加工精度與表面光整分析 PAGEREF _Toc296530052 h 6HYPERLINK l _Toc2965300532.3.4 驗算導(dǎo)軌面“比壓” PAGEREF _Toc296530053 h 6HYPERLINK l _Toc2965300542.3.5 導(dǎo)軌潤滑與保護 PAGEREF _Toc296530054 h 6

17、HYPERLINK l _Toc2965300552.4 三種導(dǎo)軌的性能分析與導(dǎo)軌的選擇 PAGEREF _Toc296530055 h 7HYPERLINK l _Toc2965300562.5 本章小結(jié) PAGEREF _Toc296530056 h 7HYPERLINK l _Toc296530057第3章 靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)分析 PAGEREF _Toc296530057 h 8HYPERLINK l _Toc2965300583.1 靜壓導(dǎo)軌 PAGEREF _Toc296530058 h 8HYPERLINK l _Toc2965300593.2 靜壓導(dǎo)軌的優(yōu)缺點 PAGEREF _To

18、c296530059 h 9HYPERLINK l _Toc2965300603.3 靜壓導(dǎo)軌承載能力 PAGEREF _Toc296530060 h 9HYPERLINK l _Toc2965300613.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc296530061 h 10HYPERLINK l _Toc296530062第4章 導(dǎo)軌制造工藝設(shè)計 PAGEREF _Toc296530062 h 11HYPERLINK l _Toc2965300634.1 機床導(dǎo)軌的熱處理 PAGEREF _Toc296530063 h 11HYPERLINK l _Toc2965300644.1.1 導(dǎo)軌的熱

19、處理 PAGEREF _Toc296530064 h 11HYPERLINK l _Toc2965300654.1.2 導(dǎo)軌表面淬硬方法 PAGEREF _Toc296530065 h 12HYPERLINK l _Toc2965300664.2 導(dǎo)軌磨損機理與影響磨損的因素 PAGEREF _Toc296530066 h 13HYPERLINK l _Toc2965300674.3 提高導(dǎo)軌耐磨性的若干鑄鐵選擇 PAGEREF _Toc296530067 h 14HYPERLINK l _Toc2965300684.3.1 高磷耐磨鑄鐵 PAGEREF _Toc296530068 h 14H

20、YPERLINK l _Toc2965300694.3.2 磷銅鈦耐磨鑄鐵 PAGEREF _Toc296530069 h 15HYPERLINK l _Toc2965300704.3.3 釩鈦耐磨鑄鐵 PAGEREF _Toc296530070 h 17HYPERLINK l _Toc2965300714.4 導(dǎo)軌結(jié)合面表面精度制造工藝方案 PAGEREF _Toc296530071 h 18HYPERLINK l _Toc2965300724.5 導(dǎo)軌磨削法 PAGEREF _Toc296530072 h 19HYPERLINK l _Toc2965300734.6 長導(dǎo)軌的分段加工與其自

21、然調(diào)平 PAGEREF _Toc296530073 h 20HYPERLINK l _Toc2965300744.7 機床使用中提高導(dǎo)軌持久精度的措施 PAGEREF _Toc296530074 h 21HYPERLINK l _Toc2965300754.7.1 保持潤滑良好 PAGEREF _Toc296530075 h 21HYPERLINK l _Toc2965300764.7.2 加強防護 PAGEREF _Toc296530076 h 21HYPERLINK l _Toc2965300774.8 質(zhì)量檢測與分析 PAGEREF _Toc296530077 h 21HYPERLINK

22、 l _Toc2965300784.9 本章小結(jié) PAGEREF _Toc296530078 h 22HYPERLINK l _Toc296530079結(jié)論 PAGEREF _Toc296530079 h 24HYPERLINK l _Toc296530080致 PAGEREF _Toc296530080 h 25HYPERLINK l _Toc296530081參考文獻 PAGEREF _Toc296530081 h 26HYPERLINK l _Toc296530082附錄 PAGEREF _Toc296530082 h 27緒 論課題背景 企業(yè)合作項目由齊二機床研發(fā)具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的

23、高端重型核電零件加工設(shè)備課題研究目的和意義CXK5463X50/150型數(shù)控龍門移動式車銑床是由齊二機床研發(fā)具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的高端重型核電零件加工設(shè)備，主要用于核電關(guān)鍵零件水室封頭的特殊、外形的精確加工。機床采用動梁龍門移動布局,工作臺具有旋轉(zhuǎn)和分度兩種功能，通過互鎖機構(gòu)保證車削與銑削功能的可靠實現(xiàn)，滑枕帶B軸功能，B軸帶有靜壓卸荷、液壓定位與夾緊功能，可實現(xiàn)X-Z平面斜孔、斜面的高效加工。 該機床的成功研制對滿足大尺寸、大噸位、高精度核電零件精確加工與批量化生產(chǎn)的需求，有效推進第三代核電裝備的系列化、批量化制造推動核電裝備制造技術(shù)進步具有重要實意義。 目前國機床存在工作效率低，工作速度低

24、的問題，機床導(dǎo)軌面結(jié)構(gòu)是機床工作過程中的重要一環(huán)所以 近些年設(shè)計者在設(shè)計機床時，導(dǎo)軌的設(shè)計形式是多種多樣的。人們不禁要問，哪一種導(dǎo)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(dǎo)軌面結(jié)構(gòu)是機床的控制元件之一。機床制造者最關(guān)心的莫過于機床的精度，剛性和使用壽命。對導(dǎo)軌系統(tǒng)的研究途徑是很不夠的，至少在機床制造技術(shù)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(shù)參數(shù)是：主軸轉(zhuǎn)速、進給速度、換刀時間和快速進給速度。當(dāng)然，這些參數(shù)對機床的性能是很重要的。但導(dǎo)軌為機床功能的實現(xiàn)奠定了可靠的基礎(chǔ)1。 由于具有工作壽命長、摩擦系數(shù)低、速度變化和載荷

25、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(dǎo)軌被廣泛應(yīng)用于精密加工機床、雷達天線等民用與軍用設(shè)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(dǎo)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(yīng)用2。國外機床導(dǎo)軌研究發(fā)展現(xiàn)狀靜壓導(dǎo)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(yīng)用。支承是機床和其他機械設(shè)備的重要部件，直接影響機械設(shè)備的工作性能。液體靜壓支承技術(shù)的應(yīng)用主要包括液體靜壓軸承和液體靜壓導(dǎo)軌兩大類。液體靜壓導(dǎo)軌是液體靜壓支承技術(shù)在導(dǎo)軌中的主要應(yīng)用。 液體靜壓導(dǎo)軌的主要優(yōu)點是

26、：摩擦系數(shù)小，一般為0.00050.001機械效率高；導(dǎo)軌面之間的油膜很??；具有良好的潤滑性和吸振性；導(dǎo)軌長期使用無磨損；工作運動平穩(wěn)。因此，液體靜壓導(dǎo)比滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌的壽命高許多倍。同時，液體靜壓導(dǎo)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(dǎo)軌材料的要求4。由于液體靜壓導(dǎo)軌具有上述諸多優(yōu)點，且技術(shù)的不斷成熟，因此液體靜壓導(dǎo)軌能滿足高精度、重載荷與各種速度圍機床的要求，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(yīng)用。當(dāng)今生產(chǎn)的數(shù)控機床廣泛采用液體靜壓導(dǎo)軌。例如：美國IlqGERSOLL集團旗下的德國WALDluCH SIEGEN公

27、司和WAI，DRjCH COBURG公司、法國FORESTLINE公司、日本的TOSBA公司均生產(chǎn)采用液體靜壓導(dǎo)軌的數(shù)控龍門鏜銑床。液體靜壓導(dǎo)軌在超精密加工機床中的應(yīng)用也較為廣泛。超精密加工設(shè)備是實現(xiàn)超精密加工技術(shù)的必須手段，而超精密機床的性能取決于其關(guān)鍵部件的性能。導(dǎo)軌副是超精密機床的關(guān)鍵部件之一，直接影響超精密加工的精度。液體靜壓導(dǎo)軌相對于滾動導(dǎo)軌和動壓導(dǎo)軌有摩擦阻力小、使用壽命長、速度圍廣、抗振性能好和適應(yīng)性好等優(yōu)點。因此，液體靜壓導(dǎo)軌在超精密加工機床中液體靜壓導(dǎo)軌得到了廣泛應(yīng)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DTM-I、DTM-2型超精密機床，并

28、于1983年9月成功地開發(fā)出代表當(dāng)代超精密機床最高水平的DTM3型臥式大型光學(xué)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(dǎo)軌，位置控制精度可達O0139m，加工的黃銅零件表面粗糙度可0.0076um。在日本，大森整等人將超精密油靜壓驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)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(dǎo)軌，其水平直線度和垂直直線度分別達到0.2um250mm和0.51。um250mm，定位精度為0.3um250mm。小泉孝一等人將液體靜壓導(dǎo)軌技術(shù)成功的應(yīng)用于生產(chǎn)民用液晶顯示器的平面研磨機上。在國，

29、液體靜壓導(dǎo)軌在各種機床中的應(yīng)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(dǎo)軌、寶鋼寬厚板主體設(shè)備中的剪切線雙邊剪設(shè)備和YK73125成形磨齒機中的主要導(dǎo)軌運動副均采用液體靜壓導(dǎo)軌技術(shù)1。課題研究的主要容和方法本次課題研究的主要容：1.熟悉機床導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)的特點，選著所需的導(dǎo)軌。2.明確設(shè)計要求擬定機床導(dǎo)軌設(shè)計制造總體方案制。3.進行機床導(dǎo)軌面精密制造工藝設(shè)計。本次課題研究的解決方法： 通過對靜壓導(dǎo)軌的優(yōu)缺點，導(dǎo)軌的受力分析，導(dǎo)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(guān)資料，綜合應(yīng)用專業(yè)的理論知識,掌握機械裝置的設(shè)計方法和步驟,在通過多次的計算校對等方面來完成。

30、機床導(dǎo)軌的選用導(dǎo)軌的功用和分類 導(dǎo)軌的功用是導(dǎo)向和承載。在導(dǎo)軌副（如工作臺和床身導(dǎo)軌）中，運動的一方面（如工作臺導(dǎo)軌）叫動導(dǎo)軌，不動的一方（如床身導(dǎo)軌）叫做支承導(dǎo)軌。 導(dǎo)軌按摩擦性質(zhì)可分為滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌。 在滑動導(dǎo)軌中有靜壓導(dǎo)軌、動壓導(dǎo)軌和普通導(dǎo)軌。靜壓導(dǎo)軌的原理和靜壓動軸承一樣，兩導(dǎo)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(dǎo)軌。動壓導(dǎo)軌，當(dāng)導(dǎo)軌面間的相對滑動速度達到一定值后，液體的動壓效應(yīng)是導(dǎo)軌油腔處出現(xiàn)壓力油楔，把兩導(dǎo)軌面分開，從而形成液體摩擦，這種導(dǎo)軌只能用于高速的場合，故僅用作主運動導(dǎo)軌，例如立式車床導(dǎo)軌。普通滑動導(dǎo)軌的摩擦狀態(tài)有的為混合摩擦。這時，在導(dǎo)軌面間雖有一定得

31、的動壓效應(yīng)，但由于速度還不夠高，油楔還不足以隔開導(dǎo)軌面，導(dǎo)軌面仍處于直接接觸狀態(tài)。大多數(shù)普通滑動導(dǎo)軌屬于這一類。有的普通滑動導(dǎo)軌速度很低，導(dǎo)軌間不足以產(chǎn)生動壓效應(yīng)，處于邊界摩擦狀態(tài)?；瑒訉?dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌與滾動導(dǎo)軌的特點和經(jīng)濟性 導(dǎo)軌質(zhì)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(dǎo)軌的要求不同,數(shù)控機床的導(dǎo)軌比普通機床的導(dǎo)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(shè)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(dǎo)軌形式進行比較:滑動導(dǎo)軌 滑動導(dǎo)軌在

32、機床上應(yīng)用的歷史最為久遠,至今在各類機床產(chǎn)品上廣為應(yīng)用,尤其是普通機床,它往往采用鑄鐵件或鑲鋼導(dǎo)軌制成。為了提高導(dǎo)軌的耐磨壽命和精度,一般對導(dǎo)軌表面進行面淬火與磨削加工,現(xiàn)代機床尤其是數(shù)控機床常用塑料滑動導(dǎo)軌。 塑料滑動導(dǎo)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(dǎo)軌有鑄鐵表面淬火塑料滑動導(dǎo)軌和鑲鋼塑料導(dǎo)軌。塑料滑動導(dǎo)軌常用在導(dǎo)軌副的運動導(dǎo)軌上,與之相配的金屬導(dǎo)軌采用鑄鐵或鋼質(zhì)材料。塑料導(dǎo)軌分為注塑導(dǎo)軌和貼塑導(dǎo)軌,導(dǎo)軌上的塑料常用環(huán)氧樹脂耐磨涂料和聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶。 注塑導(dǎo)軌。導(dǎo)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

33、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(dǎo)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(dǎo)軌和運動導(dǎo)軌間的相關(guān)位置精度后注入涂料?？晒?jié)省許多加工時間,特別適用于重型機床和不能用導(dǎo)軌軟帶的復(fù)雜配合型面。 貼塑導(dǎo)軌。在導(dǎo)軌滑動面上貼一層抗磨的塑料軟帶,與之相配的導(dǎo)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(dǎo)軌基面上由于這類導(dǎo)軌軟帶用粘貼方法,故稱為貼塑導(dǎo)軌。 一般說來,

34、滑動導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)軌 滾動導(dǎo)軌的特點是:磨擦系數(shù)小,磨擦系數(shù)一般在0.00250.005的圍,動、靜摩擦系數(shù)基本一樣,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(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造較困難,一般由專業(yè)廠制造,成本較高。 滾動導(dǎo)軌尤其是直線滾動導(dǎo)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(yīng)用得越廣泛。與滑動導(dǎo)軌不同的是,由于滾動導(dǎo)軌采用了鋼球或滾柱

35、作為滾動體,其與導(dǎo)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(dǎo)軌在組裝過程中施加了一定的預(yù)加負荷有較好的導(dǎo)軌的阻尼特性,但這種阻尼特性較之傳統(tǒng)滑動導(dǎo)軌的阻尼特性有一定差距。靜壓導(dǎo)軌 靜壓導(dǎo)軌是將有一定壓力的油液,通過節(jié)流器輸送到導(dǎo)軌面的油腔中,形成壓力油膜浮起運動部件,使導(dǎo)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(qū)動功率大為降低。此外,靜壓導(dǎo)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(dǎo)軌摩擦發(fā)熱也小,其缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)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

36、角度看比較實用。導(dǎo)軌耐磨性 當(dāng)移動部件沿導(dǎo)軌移動時，要求導(dǎo)軌具有足夠的導(dǎo)向精度。然后移動部件長時間的移動，將會磨損導(dǎo)軌而影響導(dǎo)向精度。導(dǎo)軌磨損的快慢，取決于下列因素:導(dǎo)軌材料的杭磨性能，表面是否熱處理，兩條導(dǎo)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(dǎo)軌的耐磨性:導(dǎo)軌材料的選擇 導(dǎo)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HB170241)材料的硬度高，耐磨性也會提高。鑄鐵導(dǎo)軌工作面淬火處理 經(jīng)驗證明，兩偶合件(指滑臺面、導(dǎo)軌面)硬度一樣，則磨損最厲害所以，滑臺面（軌)不應(yīng)淬火，其硬度可較低，制作與修理也

37、容易，導(dǎo)軌面(凸軌)則應(yīng)硬度較高，因它的修理比較復(fù)雜、成本高。在市場上銷售的各種滑臺中，有的凸導(dǎo)軌工作面沒有進行熱處理，因而滑臺工作壽命不長使用滑臺的工廠，有條件的可自行設(shè)計淬火設(shè)備，對凸導(dǎo)軌進行淬火，以提高導(dǎo)軌的耐磨性。導(dǎo)軌面的加工精度與表面光整分析 兩組合導(dǎo)軌的加工精度，對耐磨性有很大影響。當(dāng)導(dǎo)軌需要刮研加工時，一般用途的導(dǎo)軌每25x25mm面積，要求不少于10個色點。導(dǎo)軌的直線性允差每米0.020.03mm。兩導(dǎo)軌之間平行度允差每米0.03mm。導(dǎo)軌工作表面需經(jīng)磨削或刮研。驗算導(dǎo)軌面“比壓” 為了提高導(dǎo)軌的耐磨性，必須限制導(dǎo)軌面上的平均壓力p(“比壓”)。如果導(dǎo)軌支承面積設(shè)計過小，而負載

38、很大，則“比壓”就很大，其結(jié)果會使導(dǎo)軌表面因油膜破壞而加速磨損一般滑臺快進、快退速度V10min，則許用“比壓”p=4磨6kg/c。導(dǎo)軌潤滑與保護 一般標準滑臺上的自動供油器，用戶大多閑置不用，因為油液損耗大，且不能回收?，F(xiàn)在有的滑臺或機床已配置手動供油器，節(jié)油明顯深受歡迎。導(dǎo)軌防護罩必不可少。在自動線機床上廣泛配置薄鋼板伸縮式防護罩，工作可靠，壽命長，數(shù)年不壞。防護罩型號，規(guī)格眾多，亦可按需要定做6。三種導(dǎo)軌的性能分析與導(dǎo)軌的選擇 機床在制造過程中對導(dǎo)軌的精度要求很高,一般需要經(jīng)驗豐富的工人進行鏟刮和調(diào)整?；瑒訉?dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌都需要配刮,技術(shù)要求高,勞動強度大,效率低。而直線導(dǎo)軌在連接件(底座

39、、滑鞍、立柱)加工精度較好的情況下,可調(diào)整鎖緊螺釘和側(cè)面壓板來調(diào)整精度,技術(shù)要求高,相對勞動強度較小,效率較高。 機床在長期的使用過程中一次沖撞也不發(fā)生幾乎是不可能的,因而除產(chǎn)品設(shè)計時要對高速移動部件進行防撞擊后可能出現(xiàn)的故障程度予以重點考慮。一般說來,如果機床移動部件發(fā)生沖撞,滾動導(dǎo)軌尤其是直線滾動導(dǎo)軌更容易受到損壞,其損壞形式主要是導(dǎo)軌系統(tǒng)中的滾動體與滾道的表面破損一旦損壞,用戶自行修復(fù)的可能性極小,只有更換新的。而滑動導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌則有助于減少或減輕此類損壞,原因是它們的接觸面積大承受沖擊的能力較強。現(xiàn)從大型重載機床且要求精度較高的角度看應(yīng)選用靜壓導(dǎo)軌2。本章小論 總之無論是設(shè)計還是在選

40、用數(shù)控機床都應(yīng)該根據(jù)實際情況來選用導(dǎo)軌形式。高精尖產(chǎn)品宜采用直線導(dǎo)軌,大型重載機床且要求精度較高時可采用直線靜壓導(dǎo)軌。靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)分析靜壓導(dǎo)軌 靜壓導(dǎo)軌是在兩個相對運動的導(dǎo)軌面間通入壓力油,使運動件浮起,工作過程中油膜壓力隨外載荷變化而變化,以平衡作用在導(dǎo)軌上的外負載,在不同速度(包括靜止)下都能保證導(dǎo)軌面間始終處于純液體摩擦狀態(tài),從而大大減小了兩導(dǎo)軌面作相對運動時的摩擦阻力,減小了拖動導(dǎo)軌運動時的動力消耗,并具有很高的運動精度。 靜壓導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式分為單邊式靜壓導(dǎo)軌、對稱式靜壓導(dǎo)軌(如圖31和圖32)。圖3-1單邊式靜壓導(dǎo)軌圖3-2對稱式靜壓導(dǎo)軌 單邊式靜壓導(dǎo)軌一般承受垂直的單向負荷,其負荷

41、的方向只能朝油膜厚度減少的方向;對稱式靜壓導(dǎo)軌能承受雙向的垂直負荷,其油膜剛度比單邊式的好,但制造較復(fù)雜。還有一種對稱式靜壓導(dǎo)軌,除了支承工作臺垂直方向的負荷外,又能承受側(cè)面方向的負荷(如圖3-3)。而我們采用的是對稱式靜壓導(dǎo)軌。圖3-3具側(cè)向承載的對稱式靜壓導(dǎo)軌靜壓導(dǎo)軌的優(yōu)缺點 靜壓導(dǎo)軌的優(yōu)點很多,主要有以下幾項: a.靜壓導(dǎo)軌由于處于完全油膜的純液體摩擦狀態(tài),摩擦系數(shù)很低(約0.0005),驅(qū)動功率可大幅度降低; b.靜壓導(dǎo)軌的運動不受負荷和速度的限制,低速運動時平穩(wěn)性好,不會出現(xiàn)爬行現(xiàn)象; c.液壓摩擦的導(dǎo)軌,不易產(chǎn)生磨損,因此可以長期保持導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度,提高導(dǎo)軌的使用壽命; d.液壓油

42、具有振動吸收能力,使機床抗振性能良好; e.靜壓導(dǎo)軌的承載能力大,剛度大; f.靜壓導(dǎo)軌的摩擦熱量小,導(dǎo)軌溫升與熱變形小,可以提高機床的加工精度。靜壓導(dǎo)軌的缺點如下: a.靜壓導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,且需一套供給油壓設(shè)備,因此機床的成本就會提高; b.靜壓導(dǎo)軌的油膜厚度比較難以保持恒定7。靜壓導(dǎo)軌承載能力設(shè)靜壓導(dǎo)軌油腔中潤滑油的壓強為p，當(dāng)它沿封油邊向外流出時，壓強逐漸降低，與大氣相通后，壓強降為零。假設(shè)壓強的變化是線性的，則可用式（1）表明動導(dǎo)軌的受力平衡條件： (3-1) (3-2)式中 F每個支座所受的外載，包括工件重力和切削力（N）； W每個支座所承受的動導(dǎo)軌（工作臺）的重力（N）; p油腔油

43、的壓強（Mpa）； A支座的面積，A=BL （）有效承載面積系數(shù) L、B分別為支座的長度和寬度 （mm） l、b分別為油腔的長度和寬度 （mm） 當(dāng)確定了每個支座所承受的載荷以與支座和油腔的尺寸后，就可以按式（1）計算油腔潤滑油的壓強。隨著載荷的變化，油腔的壓強p也在變化。因此對于變載荷的情況，應(yīng)計算出油腔的最大與最小壓強 (3-3)本章小結(jié) 在對靜壓導(dǎo)軌的介紹和大型重載機床要求精度較高的情況下，我們選擇的是對稱式靜壓導(dǎo)軌。 通過應(yīng)用靜壓導(dǎo)軌技術(shù),使重型機床動態(tài)特性好,抗振性強,運動精度高,大大提高了工件的加工精度。但有一項需特別注意,那就是靜壓導(dǎo)軌承載能力。因此在靜壓導(dǎo)軌設(shè)計時，應(yīng)首先確定最

44、大承載能力，運動直線度誤差與其評定長度，然后優(yōu)化它們的取值，以提高導(dǎo)軌運動精度并降低其加工難度。導(dǎo)軌制造工藝設(shè)計機床導(dǎo)軌的熱處理導(dǎo)軌的熱處理 軌是機床上的基準面，也是保證機床運動精度的基礎(chǔ)。因?qū)к壴诠ぷ鲿r，導(dǎo)孰面要承受不同方向的力，主要是承受滑動摩擦，所以導(dǎo)軌在長時期諫用后，導(dǎo)軌面發(fā)生磨損，精度下降，在導(dǎo)軌低速相對移動時產(chǎn)生爬行，影響了機床的使用壽命。因此:要保持導(dǎo)軌的精度，除與機械加工的尺寸精度有關(guān)外，還取決于導(dǎo)軌本身的耐磨性。要提高導(dǎo)軌的抗磨損性必然是通過選擇合理的材料和其正確的熱處理工藝手段來達到。由于導(dǎo)軌經(jīng)熱處理后，會產(chǎn)生新的組織應(yīng)力和熱應(yīng)力，這種應(yīng)力又會導(dǎo)致導(dǎo)軌變形，特別是在使用過程

45、中的變形，更能直接影響導(dǎo)軌的精度。這就給熱處理帶來復(fù)雜性。所以要得到導(dǎo)軌精度的穩(wěn)定性和導(dǎo)軌的耐磨性，就必須正確合理地選用好熱處理工藝，使在提高耐磨性的基礎(chǔ)上，最大限度地消除應(yīng)力，從而保證達到導(dǎo)軌精度的穩(wěn)定性，這就是導(dǎo)軌熱處理的特殊要求。 機床鑄鐵床身導(dǎo)軌 (1)不淬硬鑄鐵導(dǎo)軌的材料有普通灰口鑄鐵和優(yōu)質(zhì)合金鑄鐵。精度性要求高的精密磨床與其他精密機床上的導(dǎo)軌靜耐磨性但更需高精度，不能有變形存在，故不能借助熱處理來提高耐磨性，而只能依靠鑄鐵本身組織部有耐磨的化合物硬質(zhì)點來達到抗磨損作用，一般采用合金鑄鐵或特種耐磨鑄鐵來鑄造。 (2)表面淬硬鑄鐵導(dǎo)軌 鑄鐵導(dǎo)軌表面淬硬的方法很多，有火焰加熱表面淬火，接

46、觸電加熱淬火，高頻、超音頻、中頻感應(yīng)加熱表面淬火等方法。這要根據(jù)各種不同類型的機床所需要的技術(shù)條件(硬化層深度、硬度、變形、耐磨性)和企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備情況而定。 不管表面淬硬或不淬硬的鑄鐵床身導(dǎo)軌，其原始組織都應(yīng)具有一定要求的，一般是: = 1 * GB3 石墨長度應(yīng)在150250um，呈細小條片狀，均勻分布在基體組織上。石墨過長會引起磨損量成倍的增加。當(dāng)石墨長度增長至350370um時下磨損的速度將增加一倍。= 2 * GB3基體組織應(yīng)為細片狀珠光體基體，游離的鐵素捧愈少愈好，一般應(yīng)10%。如果基體組織中，出現(xiàn)大量的游離鐵素體時，應(yīng)先采用熱處理正火來改善。= 3 * GB3為了保證達到要求的淬火

47、硬度，鑄鐵的含硅量2.0%、化合碳0.65界。= 4 * GB3導(dǎo)軌面必須精刨，表面粗糙度應(yīng)在R3.2um以下，表面不允許有砂眼、氣孔、疏松等鑄造缺陷，尖角必須倒鈍。= 5 * GB3鑄鐵(HT300)組織原始硬度HB1874。導(dǎo)軌表面淬硬方法 鑄鐵導(dǎo)軌表面淬硬的幾種熱處理方法： (1)導(dǎo)軌火焰表面淬火 這種方法使用設(shè)備簡單，用氧一乙炔加熱，但溫度不易控制，變形較大，質(zhì)量不穩(wěn)定。用氧一乙炔加熱時，乙炔壓力應(yīng)為1.0101.510Pa;氧氣壓力應(yīng)為410610Pa，加熱過程中必須使乙炔與氧氣壓力保特穩(wěn)定，一般采用邊加熱邊冷卻的連續(xù)淬火，冷卻水壓不低于1.510Pa。導(dǎo)軌技術(shù)條件為Hs65、淬硬層

48、深度24mm、變形量0.20mm/m。 (2)導(dǎo)軌電接觸表面淬火工藝參數(shù):調(diào)整和控制變壓器次級開路電壓HV500;淬硬深度自表面至月牙形底部0.20.3mm。這種方法使用設(shè)備簡單、操作簡便、淬火變形小。經(jīng)電接觸淬火后的鑄鐵導(dǎo)軌耐磨性比不淬硬的要提高一倍左右，故而適用于導(dǎo)軌滑動配合，載荷輕的機床上。(3)導(dǎo)軌感應(yīng)加熱淬火各種機床鑄鐵床身導(dǎo)軌，工作時所受負荷不同，對淬火后的硬化深度要求不一樣。負載重的淬硬層要深些，負載輕的淬硬層就淺些，因此必須根據(jù)所要求的硬化層深度來選用不同頻率的感應(yīng)加熱淬火裝置。目前對導(dǎo)軌進行感應(yīng)加熱的設(shè)備有高頻、超音頻和中頻等，表4-1是上述三種設(shè)備的對比情況。2.表面淬硬鑄

49、鐵導(dǎo)軌的疵病與其防止措施(1)淬火后硬度不夠，并有不同程度的軟帶存在。這是由于鑄鐵本身的化學(xué)成份不符要求，尤以碳份偏低，致使基體中化合碳較低，造成原始組織中珠光體的含量90%，而存在大量的游離鐵素體。為了防止上述疵病，淬火前應(yīng)檢查導(dǎo)軌的原始組織，保證基體中化合碳的含量不低于0.65%，即基體組織中珠光體的含量應(yīng)在90%以上，原始硬度應(yīng)HB187。 (2)彎曲變形，床身導(dǎo)軌的精度決定于耐磨性與其淬火后所引起的應(yīng)力，按表面淬火后所產(chǎn)生的組織應(yīng)力和熱應(yīng)力所形成應(yīng)力的變形規(guī)律是下凹變形，下凹的程度將隨導(dǎo)軌本身的剛性、導(dǎo)軌的長度與其硬化深度等條件來決定，防止的辦法首先是提高導(dǎo)軌的剛度。(3)在操作上應(yīng)保

50、證導(dǎo)軌與感應(yīng)器的間繚一致，移動速度無爬杭功率輸出要穩(wěn)定。表4-1機床鑄鐵床身導(dǎo)軌感應(yīng)加熱比較表 設(shè)備名稱高頻發(fā)生器超音頻發(fā)生器中頻發(fā)生器設(shè)備發(fā)生器頻率（kHz）200300 3570 2.53床身導(dǎo)軌材料灰口鑄鐵牌號HT300感應(yīng)加熱前的 組織和硬度 細片狀石墨均勻分布在細片狀珠光集體上 （游離鐵素體10%） 硬度HB187淬火后的硬度 HS6570 （HRC4853）硬化層深度 （mm）122334彎曲變形 （）下凹約0.15下凹約0.20下凹約0.25 淬硬層組織細小均勻的石墨+隱晶馬氏體或針狀馬氏體導(dǎo)軌磨損機理與影響磨損的因素 一些研究者認為，機床導(dǎo)軌的磨損由兩種基本過程組成:1.導(dǎo)軌表

51、面極薄變形層上的質(zhì)點發(fā)生剝落即塑性破壞；2.導(dǎo)軌上未受嚴重塑性變形體積較大的金屬顆粒的剝落即脆性破壞。不論導(dǎo)軌面上有無鐵屑或其他污物，這兩種過程總是要發(fā)生的，而且只會愈來愈嚴重。當(dāng)導(dǎo)軌面上有鐵屑等污物時，更使脆性破壞加劇。脆性破壞對機床導(dǎo)軌磨損的影響比塑性破壞厲害得多。 根據(jù)試驗研究和對生產(chǎn)中使用的多臺機床的實際觀測，影響導(dǎo)軌磨損的因素大致可歸納為以下幾個方面： (1)石墨的長度和石墨片之間的平均距離:一方面石墨的存在可以作為固體潤滑劑，并且石墨孔洞可以作為在摩擦過程的接觸應(yīng)力作用下所形成的微小裂紋的終點，但是另一方面，石墨切斷了基體金屬之間的結(jié)合力使金屬在外力作用下容易剝落。石墨間距愈小，金

52、屬基體被割裂得就愈厲害，磨損愈大。機床導(dǎo)軌的顯微組織中，石墨長度應(yīng)在125250微米圍為宜，石墨間距應(yīng)大于70微米。 (2)鑄鐵硬度與導(dǎo)軌耐磨性之間的關(guān)系尚無定論山。對大量機床的實測發(fā)現(xiàn)，一般來說導(dǎo)軌硬度高的，耐磨性較好。導(dǎo)軌硬度不應(yīng)低于180200HB。但也有相當(dāng)數(shù)量的硬度低的機床，耐磨性并不差。因此，有人認為，鑄鐵的硬度是一項綜合特性，它與基體的顯微硬度、石墨長度、石墨間距等因素有關(guān)。硬度對磨損的影響實際上是上述諸因素的綜合反應(yīng)。 (3)冷鐵的作用。機床導(dǎo)軌面在鑄造中使用平面冷鐵者，雖然導(dǎo)軌硬度提高，石墨長度縮短，但其磨損速度反而增大。這是由于平面冷鐵的激冷作用，導(dǎo)軌組織中產(chǎn)生過冷石墨、過冷鐵素體和自由滲碳體。冷石墨(平均石墨間距為2030微米)嚴重切割基體，加劇摩擦?xí)r基體的脆性破壞過程，使磨損速度增大。以2A635、2B635臥式銼床下滑座為例，由于導(dǎo)軌是用了冷鐵的，導(dǎo)軌硬度提高了30HB，磨損量卻也增大了二分之一。石墨長度雖然減小到90100微米，而磨損量卻增加了3070%，因此，在鑄造時盡量不要在經(jīng)受磨損的工作表面放置平面冷鐵。 可是大型機床鑄件導(dǎo)軌