导轨的选型及计算

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],各类导轨的主要特点及应用列于表中。

表6-1 导轨类型特点及应用

导轨类型 主要特点 应用 导轨类型 主要特点 1,运动灵敏度高,低速运动平稳性好,定位精度高。2,精度保持性好,滚动导轨 磨损少,寿命长。3,刚性和抗振性差,结构复杂成本高,要求良好的保护 1,速度高(90m/min~600m/min),形成液体摩擦2,阻尼大,抗阵性好 3,结构简动压导轨 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 应用 广泛用于各类精密机床,数控机床,纺织机械等 主要用语速度高,精度要求一般的机床主运动导轨 各种大型,重型机床,精密机床,数控机床的工作台 滑动导轨 1, 结构简单,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 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 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 主要应用与中大型机床压强不大的导轨应用日益广泛 镶钢,镶金属导轨 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 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,刚静压导轨 性,吸阵性好4,需要一套液压装置,结构复杂,调整困难 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GGB20BAL2P12?940?4 [6]具体数据见《机械设计手册》9-149 Y方向初选导轨型号为GGB20AAL2P12?1090?4

导轨的运动条件为常温，平稳，无冲击和震动 为何选用滚动直线导轨副：

1）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，降低成本。

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GGB20BAL2P12?940?4，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）

式中 L——额定寿命（km）； Ca——额定动载荷（KN）； P——当量动载荷（KN）；

Fmax——受力最大滑块所受的载荷（KN）； Z——导轨上的滑块数；

??K=27166km

?——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））。

由于产品技术要求规定，滚道硬度不得低于58HRC，故通常可取fh =1

fft ——温度系数，查表6-2[7],得t=1

表6-2 温度系数

工作温度/C 0?100 1 100~150 0．90 150~200 0．73 200~250 0．60 ft fc——接触系数，查表6-3；得

每根导轨上的滑块数 1 1．00 2 0．81 fc=1

3 0．72 4 0．66 5 0．61 表6-3 接触系数 fcfa——精度系数，查表6-4；取

工作条件 fa=1.5

fa表6-4 精度系数 无外部冲击或振动的低速运动的场合，速度小于15m/min 无明显冲击或振动的场合，速度为15~60m/min 有外部冲击或高速运动的场合，速度大于60m/min 1~1.5 1.5~2 2~3.5 fw——载荷系数，查表6-5；得

精度等级 2 1．0 3 1．0 fw=1

4 0．9 5 0．9 表6-5 载荷系数 fw 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：

L?10327166?103Lh???30592.3h

2La?n2?602?0.74?1?60式中 Lh——寿命时间（h） L——额定寿命（km） La——行程长度（m） n2——每分钟往返次数 则Lh?30592.3h

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) 导轨长度/mm 导轨铸件重量/t ≤2500 >2500 - >3 >5 >10 不低于 190 180 175 165 不高于 255 241 241 241 硬度不均匀性(HBS) 导轨长度/mm 硬度差不超过 ≤2500 >2500 由几何件连接的导轨 25 35 45 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 磷铜钛耐磨铸铁 高磷耐磨铸铁 钒钛耐磨铸铁 稀土铸铁 铬钼耐磨铸铁 耐磨性高于普通铸铁倍数 1.5～2 1 1～2 1 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。

这种淬火方法主要用于大型铸件导轨。

6.4导轨的技术要求

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。主要用于高精度导轨。

刮研导轨轨面每25mm×25mm面积内的接触点数不得少于表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 ≤250 Ⅲ级和Ⅲ级以上 Ⅳ级 Ⅴ级 20 16 10 ＞250 16 12 8 移置导轨 ≤100 16 12 8 ＞100 12 10 6 12 10 6 每条导轨宽度／mm 镶条、压板 滑动面 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 磨削导轨表面粗糙度Ra

机床类型 Ⅲ级和Ⅲ级以上 Ⅳ级 Ⅴ级 动导轨 中小型 0.2～0.4(0.1～0.2) 0.4(0.2) 0.8(0.4) 大型 0.4～0.8(0.2～0.4) 1.6(0.8) 1.6(0.8) 重型 0.8(0.4) 中小型 0.1～0.2(0.05～0.1) 0.2(0.1) 0.4(0.2) 固定导轨 大型 0.2～0.4(0.1～0.2) 0.4(0.2) 0.8(0.4) 重型 0.4(0.2) 1.6(0.8) 1.6(0.8) 0.8(0.4) 1.6(0.8) 注:1.滑动速度大于0.5时,粗糙度应降低一级(括号内数值)。

2.淬硬导轨的表面粗糙度应降低一级(括号内数值)。

表6-10 磨削导轨表面的接触指标(%)

机床类型 滑(滚)动导轨 全长上 Ⅲ级和Ⅲ级以上 80 Ⅳ级 Ⅴ级 75 70 全宽上 70 60 50 移置导轨 全长上 70 65 60 全宽上 50 45 40 注:1.宽度接触达到要求后,方能作长度的评定。

2.镶条按相配导轨接触指标检验。

6.4.2几何精度

导轨的几何精度主要是指导轨的直线度和导轨间的平行度,垂直度等。具体相关的几何精度参阅有关机械的精度标准。本机构导轨精度取3级。

6.5导轨设计和使用注意事项

正确合理地设计和使用滚动直线导轨副,可以提高耐用度和精度保持性,减少维修和保养时间。为此,应注意如下事项:

1)尽量避免力矩和偏心载荷的作用 滚动直线导轨副样本中给出的额定动,静载荷,都是在各个滚珠受载均匀的理想状态下算出的。因此,必须十分注意避免力矩载荷和偏心载荷。否则,一部分滚珠承受的载荷,有可能超过计算Ca值时确定的许用接触应力,导致过早的疲劳破坏或产生压痕并出现振动,噪声,降低移动精度等现象。

2)提高刚度,减少振动 适当预紧可以提高刚度,均化滚动体的受力从而提高寿命,并在一定程度上提高阻尼。但是预紧力过大会增加导轨副的摩擦阻力,增加发热,降低使用寿命。因此预紧力有其最佳值。

滚动支承的阻尼较小,因此要尽可能使它承受恒定的载荷。有过大的振动和冲击载荷的场合不宜应用直线滚动导轨副。为了减少振动,可以在移动的工作台上加装减振装置。条件许可时可安装锁紧装置,加工时把不移动的工作台固定。

3)降低加速度的影响 直线滚动导轨副的移动速度可以高达600m/min。起动和停止时,将产生一个力矩,使部分滚动体受载过大,造成破坏。因此,如果加速度较大,应采取以下措施:减轻被移动物体的质量,降低物体的重心,采取多级制动以降低加速度,在启动和制动时,增加阻尼装置等。

4）导轨防护

①固定保护：利用导轨中移动件俩端的延长物保护导轨。

②刮屑板：利用毛毡或耐油橡胶制成与导轨形状相吻合的刮条，使之刮走落在导轨上的灰尘，切屑等。

5)注意润滑和防尘 滚动导轨通常采用钠基润滑脂润滑。如果使用油润滑。应尽可能采用高拈度的润滑油。如果与其他机构同统一供油，则需附加滤油器。在油进入导轨前再经一道精细的过滤。

为了防止异物浸入和润滑油泻出，产品出厂时滑块座两端均装有耐橡胶密封垫。

忽略此处..

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