淺析滑動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

黨成龍 趙一新

摘要：目前來看，滑動導(dǎo)軌在機(jī)床導(dǎo)軌中仍然占有相當(dāng)大的比重，滑動導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)關(guān)系著機(jī)床加工的質(zhì)量、效率等等各個方面，而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)又是整個設(shè)計(jì)中最主要的部分。本文就導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題作粗淺的探索。

關(guān)鍵詞：滑動導(dǎo)軌 形狀 間隙 動壓效應(yīng)

引言：

機(jī)床兩導(dǎo)軌面間的摩擦是滑動摩擦的稱為滑動導(dǎo)軌。它具有構(gòu)造簡單，制造方便，承載能力強(qiáng)，剛性好，抗振性良好，對幾何形狀誤差不敏感等優(yōu)點(diǎn)；其缺點(diǎn)是磨損比較快，難以保持精度，摩擦阻力大，運(yùn)動靈活性較差，動、靜摩擦系數(shù)差別大，易產(chǎn)生"爬行"等。滑動導(dǎo)軌廣泛應(yīng)用于各類機(jī)床，作為進(jìn)給導(dǎo)軌。

設(shè)計(jì)導(dǎo)軌時應(yīng)合理地確定導(dǎo)軌的形狀機(jī)構(gòu)和外形尺寸，正確選擇截面的形狀、組合方法和材料，同時還應(yīng)采用必要的防護(hù)、卸載、和減小摩擦的措施。

1.直線運(yùn)動滑動導(dǎo)軌的截面形狀

直線運(yùn)動滑動導(dǎo)軌的截面形狀主要有矩形，燕尾形、三角形及圓形四種，并且可以相互組合。一對導(dǎo)軌副由一凸一凹兩種導(dǎo)軌構(gòu)成。凸形導(dǎo)軌一般不容易積存較大切屑等臟物，但是也不容易儲存潤滑油，適用于不宜防護(hù)、速度較低的進(jìn)給運(yùn)動導(dǎo)軌。凹形導(dǎo)軌容易存留潤滑油，可用于進(jìn)給導(dǎo)軌和主運(yùn)動導(dǎo)軌（龍門刨床的床身導(dǎo)軌），但必須有很好地防護(hù)，以免切屑和灰塵等臟物落入導(dǎo)軌。

下面簡要介紹幾種導(dǎo)軌：

1.1矩形導(dǎo)軌

矩形導(dǎo)軌有結(jié)構(gòu)簡單，剛度高，當(dāng)量摩擦系數(shù)低，導(dǎo)軌面較寬，承載能力大，剛度高，維修方便等特點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于各種機(jī)床，特別是數(shù)控機(jī)床。滑動導(dǎo)軌的主要形式是雙矩形，動導(dǎo)軌貼塑料軟帶。

矩形導(dǎo)軌存在側(cè)向間隙，需有調(diào)整間隙裝置，常用鑲條進(jìn)行調(diào)整。導(dǎo)軌水平和垂直方向上的位置相互之間沒有關(guān)系，當(dāng)調(diào)整一個方向的位置時，另一個方向上的位置不會受到影響，所以矩形導(dǎo)軌的安裝和調(diào)整都比較容易。由于矩形的形狀特點(diǎn)，矩形導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度不是很高，而且磨損后很難形成自動補(bǔ)償。由于矩形導(dǎo)軌的接觸面積較大，導(dǎo)軌受到的壓強(qiáng)較小。同等強(qiáng)度下，對導(dǎo)軌材料的要求較小。

1.2三角形導(dǎo)軌

三角形導(dǎo)軌的導(dǎo)軌尖頂朝上，該導(dǎo)軌在磨損后，能夠在重力作用下下沉，故能實(shí)現(xiàn)自動補(bǔ)償，所以導(dǎo)向精度較高，但壓板面仍需有間隙調(diào)整裝置?？紤]到載荷大小及導(dǎo)向要求，它的截面角度一般為90°。當(dāng)導(dǎo)軌上收到的力在兩個導(dǎo)軌面上的分力相差很大時，采用對稱的三角形會使導(dǎo)軌受力不均，導(dǎo)軌的壽命降低，此時應(yīng)使用不對稱三角形，以使力的作用方向盡可能垂直于導(dǎo)軌面。由于超定位，加工、檢驗(yàn)和維修都比較困難，而且當(dāng)量摩擦系數(shù)也較高，在導(dǎo)軌的材料、載荷、寬度相同的情況下，三角形導(dǎo)軌的摩擦阻力和接觸變形都比矩形導(dǎo)軌大。

此外，導(dǎo)軌水平與垂直方向誤差相互影響，給制造、檢驗(yàn)和修理帶來困難。因此，三角形導(dǎo)軌多用于精度要求較高的機(jī)床（如單柱坐標(biāo)鏜床）。

1.3燕尾形導(dǎo)軌

此類導(dǎo)軌磨損后不能自動補(bǔ)償間隙，需用一根鑲條調(diào)節(jié)各接觸面的間隙。兩燕尾面起壓板面作用，能夠承受較大的顛覆力矩，結(jié)構(gòu)緊湊，高度較小，是閉式導(dǎo)軌中接觸面最少的一種結(jié)構(gòu)。但剛度較差，摩擦力較大，加工、檢驗(yàn)和維修都不方便。用于運(yùn)動速度不高、受力小、層次多、高度尺寸受到限制、要求間隙調(diào)整方便的場合（如車床刀架導(dǎo)軌）。

1.4圓形導(dǎo)軌

圓形導(dǎo)軌制造方便，不易積存較大的切屑，可達(dá)到精密配合，但磨損后很難調(diào)整和補(bǔ)償間隙。圓形導(dǎo)軌有直線運(yùn)動和轉(zhuǎn)動兩個自由度，若要限制轉(zhuǎn)動，可在圓柱表面開鍵槽或加工出平面，但不能承受大的扭矩，亦可采用雙圓柱導(dǎo)軌，圓柱導(dǎo)軌用于承受軸向載荷的場合。

2.導(dǎo)軌間隙的調(diào)整

為保證導(dǎo)軌正常工作，導(dǎo)軌滑動表面之間應(yīng)保持適當(dāng)?shù)拈g隙，間隙的大小對機(jī)床的工作性能有相當(dāng)大的影響。間隙過小，會增加摩擦阻力，操作費(fèi)力而且磨損速度快；間隙過大，會降低導(dǎo)向精度還可能會產(chǎn)生振動。導(dǎo)軌的間隙在裝配過程中應(yīng)仔細(xì)調(diào)整，而且導(dǎo)軌經(jīng)長時間使用后，會增大間隙，需要不斷重新調(diào)整，為此常用壓板和鑲條來調(diào)整。

矩形導(dǎo)軌需要在垂直和水平兩個方向上調(diào)整間隙，在垂直方向上，一般采用下壓板調(diào)整它的底面間隙。燕尾形導(dǎo)軌的間隙只用一根斜鑲條調(diào)整，三角形導(dǎo)軌的上滑動面能自動補(bǔ)償，下滑動面的間隙調(diào)整和矩形導(dǎo)軌的下壓板調(diào)整底面間隙相同。圓形導(dǎo)軌的間隙不能調(diào)整。

3.滑動導(dǎo)軌的動壓效應(yīng)

大多數(shù)普通滑動導(dǎo)軌出于具有一定動壓效應(yīng)的混合摩擦狀態(tài)，但是動壓效應(yīng)還不足以把導(dǎo)軌面隔開，所以大多數(shù)的普通滑動導(dǎo)軌希望增大動壓效應(yīng)，這樣才能有利于導(dǎo)軌的工作。普通滑動導(dǎo)軌的動壓效應(yīng)與潤滑油的性質(zhì)、導(dǎo)軌的相對滑動速度和導(dǎo)軌面的形狀設(shè)計(jì)等有關(guān)。潤滑油的粘度越高、導(dǎo)軌的相對滑動速度越大、導(dǎo)軌面易于儲存潤滑油，動壓效應(yīng)更明顯。

導(dǎo)軌的寬度B和長度L之比B/L的值越大，潤滑油越不容易側(cè)滑，越容易儲存潤滑油。相反，B/L的值越小，則越不容易存儲油。為此，常常在導(dǎo)軌上加工橫向的油溝，來幫助儲存油。

作者簡介：黨成龍（1994-），男，漢族，山東省臨沂市人，本科在讀，機(jī)械工程 ，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)。