淺談機床滑動導(dǎo)軌的設(shè)計

桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院，廣西桂林，541004

摘 要：文章從研究滑動導(dǎo)軌的摩擦性質(zhì)出發(fā)，通過對滑動導(dǎo)軌的貼塑材料和導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)特性的分析，簡要介紹提高滑動導(dǎo)軌的摩擦性能及使用壽命的設(shè)計方法。

關(guān)鍵詞：貼塑；滑動導(dǎo)軌；結(jié)構(gòu)

引言

導(dǎo)軌是機床不可缺少的部件，是在機床上用來支撐和引導(dǎo)部件沿著一定的軌跡準(zhǔn)確運動或起夾緊定位作用的軌道。兩導(dǎo)軌面間的摩擦性質(zhì)是滑動摩擦的，稱為滑動導(dǎo)軌，是機床常用的導(dǎo)軌類型之一。它具有結(jié)構(gòu)較簡單，制造較容易，承載能力大，抗震性強等優(yōu)點。其缺點是磨損快，精度保持性差；摩擦阻力大，運動靈活性較差；動、靜摩擦系數(shù)差值大，重載或低速移動時易產(chǎn)生“爬行”，高速運動時容易發(fā)熱等。為提高滑動導(dǎo)軌的摩擦性能及使用壽命，在普通的滑動導(dǎo)軌移動件表面貼上一層塑料軟帶，這種類型的導(dǎo)軌稱為貼塑滑動導(dǎo)軌。

1滑動導(dǎo)軌貼塑材料

滑動導(dǎo)軌常用的貼塑材料有聚四氟乙烯軟帶和環(huán)氧型耐磨樹脂涂層兩類。

1.1聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶

聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶是以聚四氟乙烯為基體，加入二硫化鋁、青銅粉和石墨等填充劑混合燒結(jié)而成，具有摩擦特性好、耐磨性好、減振性好等。該種軟帶可在原有滑動導(dǎo)軌面上用粘接劑粘結(jié)，加壓固化后進行精加工。為磨損均勻，工藝簡單，軟帶應(yīng)粘接在導(dǎo)軌副的運動件軌面上；回轉(zhuǎn)型導(dǎo)軌應(yīng)粘接在承導(dǎo)件的軌面上。

1.2環(huán)氧型耐磨樹脂涂料

環(huán)氧型耐磨樹脂涂料是以環(huán)氧樹脂為基體，加入膠體石墨、二硫化鋁和鐵粉等混合而成，再加以固化劑調(diào)勻，注入或涂刮導(dǎo)軌面，因此，也稱為“涂塑導(dǎo)軌”或“注塑導(dǎo)軌”。涂塑導(dǎo)軌具有良好的摩擦特性和耐磨性，它與鑄鐵搭配的導(dǎo)軌副摩擦系數(shù)較低，在無潤滑油的情況下仍有較好潤滑和防止爬行的效果。其抗壓強度比導(dǎo)軌軟帶要高，尺寸穩(wěn)定，因而可使用在大型、重型數(shù)控機床上。

2滑動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)形式

機床滑動導(dǎo)軌設(shè)計時，常用的導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)有三角形導(dǎo)軌、矩形導(dǎo)軌、燕尾形導(dǎo)軌三種。

2.1三角形滑動導(dǎo)軌

如圖1所示，導(dǎo)軌由凸三角形（山形）動軌與凹三角形（V形）靜軌組成滑動導(dǎo)軌副，導(dǎo)軌斜面同時起著支承和導(dǎo)向作用。三角形頂角一般為90°，對于承受載荷較大的重型機床，頂角一般取110°～120°但頂角越大，導(dǎo)向精度就越差。三角形結(jié)構(gòu)的滑動導(dǎo)軌，能使壓強均勻分布在滑動面上，所以，導(dǎo)軌的磨損是均勻的，并且，磨損后能自動補償垂直方向和水平方向的間隙，精度保持性較好。三角形導(dǎo)軌具有良好的導(dǎo)向性、貼合性和精度自檢性，是精密機床的理想導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，但它要求導(dǎo)軌面接觸均勻，磨削和刮研難度較大。

2.2矩形滑動導(dǎo)軌

矩形導(dǎo)軌也稱為平軌，導(dǎo)軌頂部平面和側(cè)面起同時導(dǎo)向作用，保證運動部件（工作臺或刀架）在垂直面及水平面內(nèi)的直線移動精度；導(dǎo)軌頂部平面同時又是載荷的主要支承面；加裝的下壓板則是為了防止運動部件的抬起，如圖2所示。矩形導(dǎo)軌承載能力和剛度較大，結(jié)構(gòu)簡單，制造、檢驗、維護較容易。但磨損后不能自動補償間隙，所以需要進一步設(shè)置間隙調(diào)整裝置。

2.3燕尾形滑動導(dǎo)軌

如圖3所示，導(dǎo)軌中的兩對稱斜面起導(dǎo)向和壓板作用，當(dāng)承受顛覆力矩時，斜面為主要工作面；水平導(dǎo)軌面起支承作用，當(dāng)承受垂直載荷時，以水平導(dǎo)軌面為主要工作面。它們之間的夾角通常設(shè)計為55°。燕尾形導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)緊湊，一般用在高度小而層次多的運動部件上，如車床和刨床的刀架等。燕尾形導(dǎo)軌磨損后不能自動補償間隙，需要鑲條等部件進行間隙調(diào)整。

根據(jù)各導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點，綜合考慮制造成本，也可以將各結(jié)構(gòu)相互組合使用，如：三角形—矩形、燕尾形—矩形。

2.4導(dǎo)軌的間隙調(diào)整

導(dǎo)軌副的運動件與承導(dǎo)件之間應(yīng)保持適當(dāng)?shù)拈g隙，間隙過小會增大摩擦，運動不靈活；間隙過大，則導(dǎo)向精度降低，機床剛性下降。適當(dāng)?shù)膶?dǎo)軌間隙，可通過研磨、研刮相應(yīng)的結(jié)合面或加墊片的方法獲得；也可以采用鑲條調(diào)整的方法，有直鑲條和斜鑲條兩種，結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示。

3滑動導(dǎo)軌的材料

貼塑層常用在導(dǎo)軌副的動軌上，與其相配的金屬導(dǎo)軌有鑄鐵和鑲裝兩種，鑄鐵主要是灰鑄鐵和耐磨鑄鐵，牌號有HT300、HT3054、MTCulPTi-150等，表面淬火硬度一般為45～55HRC，精加工后淬火層保留1～1.5mm厚；鑲鋼導(dǎo)軌的材料有55、T10A、GCr15、38CrMoAl等，一般采用中頻淬火或滲氮淬火方式，淬火硬度為58～62HRC，滲氮層厚度為0.5mm。

鑲裝導(dǎo)軌通常使用淬硬鋼塊或高硬度鋼帶進行鑲裝，也可使用有色金屬板材，主要有錫青銅ZQSn6-6-3和鋁青銅ZQAl9-4，它們多用在重型精密機床的動導(dǎo)軌上，可以防止導(dǎo)軌副的靜、動導(dǎo)軌相互擦傷。

5滑動導(dǎo)軌的剛度計算

導(dǎo)軌的支承面積，應(yīng)與載荷相適應(yīng)。面積小而載荷過大，則導(dǎo)軌表面接觸變形大，不僅影響導(dǎo)軌精度，還會破壞導(dǎo)軌面上的潤滑油膜，使導(dǎo)軌加劇磨損。所以，導(dǎo)軌設(shè)計時務(wù)必使其接觸變形在合理范圍。對于接觸面積不超過100～150的鋼和鑄鐵的接觸，其接觸變形（μm）為：

式中：p—接觸面間的平均壓力（N/）

c—系數(shù)，對于精刮導(dǎo)軌面和磨削導(dǎo)軌面，取值1.47～1.94；研磨表面取值0.69。

6結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的進步，精密滾動導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌已在機床上得到一定的應(yīng)用，但由于它們結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本較高等缺點，目前，還不能完全取代滑動導(dǎo)軌。滑動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，承載能力大，抗震性強。通過增加摩擦面的貼塑或涂層，以及更為合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，滑動導(dǎo)軌將能獲得更好的摩擦性能和更長的使用壽命。

參考文獻：

[1]濮良貴.機械設(shè)計[M]. 北京：高等教育出版社，2006.

[2]現(xiàn)代實用機床設(shè)計手冊編委會.現(xiàn)代實用機床設(shè)計手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2006.

作者簡介：

陳明亮/男/1986年生/廣西桂林人/本科/研究方向為機床與自動控制技術(shù)