导轨的选型及计算 按结构特点和摩擦特性划分的导轨类型见表6-1[5],各类导轨的主要特征及应用列于表中。 表6-1 导轨类型特点及应用 导轨类型 主要特征 应用 导轨类型 主要特征 应用 滑动导轨 1, 结构相对比较简单,使用维修方便。2,未形成完全液体摩擦时低速易爬行 3,磨损大寿命低,运动精度不稳定 普通机床,冶金设备上应用普遍 滚动导轨 1,运动灵敏度较高,低速运动平稳性好,定位精度高。2,精度保持性好,磨损少,寿命长。3,刚性和抗振性差,结构较为复杂成本高,要求良好的保护 大范围的使用在各类精密机床,数字控制机床,纺织机械等 塑料导轨 1,动导轨表面贴塑料软带等与铸铁 或钢导轨搭配,摩擦系数小,且动静摩擦系数搭配,不易爬行,抗摩擦性能好。2,贴塑工艺简单。3,刚度较低,耐热性差容易蠕变 主要使用在与中大型机床压强不大的导轨应用日益广泛 动压导轨 1,速度高(90m/min~600m/min),形成液体摩擦2,阻尼大,抗阵性好 3,结构相对比较简单,不需复杂供油系统,使用维护方便4,油膜厚度随载荷与速度而变化。影响加工精度,低速重载易出现导轨面接触 主要用语速度高,精度要求一般的机床主运动导轨 镶钢,镶金属导轨 1,在支撑导轨上镶装有一定硬度的不钢板或钢带,提高导轨耐磨性,改善摩擦或满足焊接床身结构需要。2,在动导轨上镶有青铜只类的金属防止咬合磨损,提高耐磨性,运动平稳精度高 镶钢导轨工艺复杂,成本高。常用于重型机床如立车,龙门铣床的导轨上 静压导轨 1,摩擦系数很小,驱动力小。2,低速运动平稳性好 3,承载能力大,刚性,吸阵性好4,需要一套液压装置,结构较为复杂,调整困难 各种大型,重型机床,精密机床,数字控制机床的工作台 6.1 初选导轨型号及估算导轨长度 X方向初选导轨型号为 [6]具体数据见《机械设计手册》9-149 Y方向初选导轨型号为 导轨的运动条件为常温，平稳，无冲击和震动 为何选用滚动直线）滚动直线导轨副动静摩擦力之差很小，摩擦阻力小，随动性极好。有利于提高数控系统的响应速度和灵敏度。驱动功率小，只相当普通机械的十分之一。 2）承载能力大，刚度高。 3）能实现高速直线运动，起瞬时速度比滑动导轨提高10倍。 4）采用滚动直线导轨副可简化设计，制造和装配工作，保证质量，缩短时间，减少相关成本。 导轨的长度： 由于导轨长度影响工作台的工作精度和高度，一般可根据滑块导向部分的长度来确定导轨长度。 其公式为： L=H+S+△l-S1-S2 由此公式估算出Lx=940mm,Ly=1090mm 其中L—导轨长度 H—滑块的导向面长度 S—滑块行程 △l—封闭高度调节量 S1—滑块到上死点时，滑块露出导轨部分的长度 S2—滑块到下死点时，滑块露出导轨部分的长度 6.2 计算滚动导轨副的距离额定寿命 X方向的导轨计算 X方向初选导轨型号为，查表9.3-73[1]得，这种导轨的额定动，静载荷分别为Ca=13.6kN,Coa=20.3kN。 4个滑块的载荷按表9.3-48序号1的载荷计算式计算。 其中工作台的最大重量为: G=100×9.8=980N F1=F2=F3=F4=1/4（G1+F）=250N 1)滚动导轨的额定寿命计算公式[6]为： L=（fh ft fc fa Ca/ fwPc））受力最大滑块所受的载荷（KN）； Z——导轨上的滑块数； ——指数，当导轨体为滚珠时，=3；当为滚柱时=10/3； K——额定寿命单位（KM），滚珠时，K=50KM；滚柱时，K=100KM； fh ——硬度系数； fh ――（滚道实际硬度（HRC））。 由于产品技术方面的要求规定，滚道硬度不能低于58HRC，故通常可取fh =1 ft ——温度系数，查表6-2[7],得=1 表6-2 温度系数 工作时候的温度/ 100~150 150~200 200~250 1 0．90 0．73 0．60 fc——接触系数，查表6-3；得=1 表6-3 接触系数 每根导轨上的滑块数 1 2 3 4 5 1．00 0．81 0．72 0．66 0．61 fa——精度系数，查表6-4；取=1.5 表6-4 精度系数 工作条件 无外部冲击或振动的低速运动的场合，速度小于15m/min 1~1.5 无明显冲击或振动的场合，速度为15~60m/min 1.5~2 有外部冲击或高速运动的场合，速度大于60m/min 2~3.5 fw——载荷系数，查表6-5；得=1 表6-5 载荷系数 精度等级 2 3 4 5 1．0 1．0 0．9 0．9 则L=27166Km 2)寿命时间的计算 当行程长度一定，以h为单位的额定寿命为： 式中 ——寿命时间（h） L——额定寿命（km） La——行程长度（m） ——每分钟往返次数 则 工况为：每天开机6个小时，每年300个工作日，则预计寿命年限为： Lh=30592.3/300×6=16.9年 同理求出Y方向滚动导轨副的距离额定寿命： L=26340.1km Lh=25230h=14年 6.3导轨材料与热处理 机床滑动导轨常用材料主要是灰铸铁和耐磨铸铁。 灰铸铁通常以HT200或HT300做固定导轨，以HT150或HT200做动导轨。 JB/T3997-1994标准对普通灰铸铁导轨的硬度要求如表6-6[10]所示 表6-6 灰铸铁导轨硬度要求 硬度要求(HBS) 硬度不均匀性(HBS) 导轨长度/mm 导轨铸件重量/t 不低于 不高于 导轨长度/mm 硬度差不超过 ≤2500 - 190 255 ≤2500 25 2500 3 180 241 2500 35 5 175 241 由几何件连接的导轨 45 10 165 241 常用耐磨铸铁与普通铸铁耐磨性比较见表6-7[8] 表6-7 常用耐磨铸铁 耐磨铸铁名称 耐磨性高于普通铸铁倍数 磷铜钛耐磨铸铁 1.5～2 高磷耐磨铸铁 1 钒钛耐磨铸铁 1～2 稀土铸铁 1 铬钼耐磨铸铁 1 导轨热处理:一般重要的导轨，铸件粗加工后进行一次时效处理，高精度导轨铸件半精加工后还需进行第二次时效处理。 常用导轨淬火方法有: 1)中频淬火，淬硬层深度(1～2)mm。硬度(45～50)HRC。 2)接触加热自冷表面淬火，淬硬深度(0.2～0.25)mm,显微硬度600HM左右。这种淬火方法大多数都用在大型铸件导轨。 6.4导轨的技术方面的要求 6.4.1表面粗糙度 1)刮研导轨 刮研导轨具有接触好、变形小、可以存油、外观美等特点,但劳动强度大、生产率低。大多数都用在高精度导轨。 刮研导轨轨面每25mm×25mm面积内的接触点数不可以少于表6-8[9]的规定。 表6-8 刮研导轨面25mm×25mm内接触点数 机床类别 滑动导轨 移置导轨 镶条、压板 滑动面 每条导轨宽度／mm ≤250 ＞250 ≤100 ＞100 Ⅲ级和Ⅲ级以上 20 16 16 12 12 Ⅳ级 16 12 12 10 10 Ⅴ级 10 8 8 6 6 2)导轨 生产率高,是加工淬硬导轨唯一方法，磨削导轨表面粗糙度应达到的要求,见表6-9[10]。接触面要求见表6-10[10]。 表6-9 磨削导轨表面粗
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