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各類機床導軌的比較及功能分析4 j2 ]7 [+ R5 F+ Q6 b F7 J
6 C6 R) ^8 V2 p( o 設(shè)計者在設(shè)計機床時，導軌的設(shè)計形式是多種多樣的。人們不禁要問，哪一種導軌是最佳的。本文闡述的是各種導軌的比較和分析其不同的原因。
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$ i6 A9 c, ]! q5 X' \ 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，下面討論的是機床的控制元件之一——導軌系統(tǒng)。
7 Q$ W t! L9 V. p 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。當然，這些參數(shù)對機床的性能是很重要的。但導軌為機床功能的實現(xiàn)奠定了可靠的基礎(chǔ)。
7 K8 R) Z9 V8 B: E4 W4 { 各種類型的機床工作部件，都是利用控制軸在指定的導軌上運動，機床設(shè)計者根據(jù)機床的類型和用途選用各種不同形式的導軌系統(tǒng)，用得較為廣泛的有下列三種；即平面導軌、直線滾動導軌和循環(huán)滾柱與平面導軌的組合所構(gòu)成的滾動體導軌。當然系統(tǒng)遠不止上述三種形式，還有其它形式的導軌。) a1 c2 ~( q% B9 `) s! \
. E: u1 }9 M+ F! U9 o& | 導軌的功能
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, f& C- [9 ?, ? T1 i7 f) j k' D, L 盡管導軌系統(tǒng)的形式是多種多樣的，但工作性質(zhì)都是相同的，機床工作部件在指定導軌系統(tǒng)上移動，尤如火車沿著鐵軌在指定的方向上行駛。無論是機床導軌還是鐵路上的鐵軌，都是體現(xiàn)如下三種基本功能：
. O" Q0 T: J6 q7 W9 w# F (1)為承載體的運動導向
5 {" w7 y( D- Q% `! [ (2)為承載體提供光滑的運動表面
4 ^4 Z/ C. p" R! R% l (3)把火車的運動或機床的切削所產(chǎn)生的力傳到地基或床身上，減少由此產(chǎn)生的沖擊對乘客和被動加工零件的影響。( @2 P8 Y* B& B$ ?
沿導軌系統(tǒng)的運動，大多數(shù)為直線運動，也有少數(shù)為弧線運動。本文討論的重點是直線導軌系統(tǒng)。當然，直線導軌的很多技術(shù)可以直接應用弧形導軌。. _8 l6 V2 S. C( c1 t* H8 H {
導軌為什么被稱為“系統(tǒng)”呢？這是因為導軌系統(tǒng)的工作包含著若干元件的同時工作，最基本的元件為一個運動元件和一個固定元件。運動元件的形式有多種多樣，以后將予以詳細介紹，固定元件一般為道軌式，它是導軌精度的保證，如果導軌彎曲變形，運動元件或滑動元件便失去精確的導向。8 U* P: z: h! `5 c9 a1 I
機床制造廠都在盡最大的努力，確保導軌安裝的精確性。導軌被加工前。導軌和工作部件都已經(jīng)過時效處理。以消除內(nèi)應力。為了保證導軌的精度和延長使用壽命，刮研是一種常用的工藝方法。
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/ a- ~0 X( K l0 ?7 C2 o( N! X+ c- f% J 鑲鋼導軌
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1 T" s) n* }/ N$ e$ X9 m( j% [ 機床上最常用的導軌形式是鑲鋼導軌，它的使用已有很長的歷史。鑲鋼導軌是導軌系統(tǒng)的固定元件，其截面為矩形。它可水平裝在機床的床身上，也可以與床身鑄成一體，分別被稱為鑲鋼式或整體式。鑲鋼式導軌是由鋼制成的，經(jīng)淬硬和磨削。硬度在洛氏硬度60度以上、把鑲鋼導軌用螺釘或粘結(jié)劑(環(huán)氧樹脂)貼在機床床身或經(jīng)刮研的立柱配合表面上，確保導軌獲得最佳的平面度。這種形式，維修更換方便、簡單，很受維修工人的歡迎。
/ {5 q4 M& Y1 |/ e6 g 整體導軌或鑄造導軌，即鋼導軌與底座鑄成一體，加工后再經(jīng)精磨到要求的尺寸和光潔度。導軌必須經(jīng)過火焰淬火提高表面硬度，以提高導軌的耐磨性。床身一般為球墨鑄鐵，當然球墨鑄鐵的硬度比不上鋼，整體導軌可以重新修理和淬硬，但更換它幾乎是不可能的。" [! E- J- y" a: M; U9 C% G6 J
為了實現(xiàn)上述的目的，機床制造者過去的通常做法是：鋼導軌的邊緣設(shè)計有鉤形的“耳朵”，在澆鑄底座前，把鋼導軌置于底座的鑄模內(nèi)，再把鐵水澆入鑄模內(nèi)，這樣便把鋼導軌與底座鑄成一體。
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, N3 T/ d( ]: x3 v N( w1 z 滑動導軌
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9 A( W8 j# R8 e 傳統(tǒng)導軌的發(fā)展，首先表現(xiàn)在滑動元件和導軌形式上，滑動導軌的特點是導軌和滑動件之間使用了介質(zhì)，形式的不同在于選擇不同的介質(zhì)。, z* Q; O$ m- }5 |% p Z9 \8 V
液壓被廣泛用于許多導軌系統(tǒng)。靜壓導軌是其中的一種，液壓油在壓力作用下，進入滑動元件的溝槽，在導軌和滑動元件之間形成油膜，把導軌和移動元件隔開，這樣大大減少移動元件的摩擦力。靜壓導軌對大負荷是極其有效的，對偏心負荷有補償作用。例如：一個大型的砂型箱在加工時，正好走到機床行程的末端，負載導軌能夠增大油壓，使導軌準確地保持著水平負載的狀態(tài)。有的臥式鏜銑床使用這種技術(shù)補償深孔加工時主軸轉(zhuǎn)速的下降。% I8 f9 g [( F" ~" Q) Y# \& w
利用油作為介質(zhì)的另一種導軌形式是動壓導軌，動壓導軌與靜壓導軌的不同點是：油不是在壓力下起作用的，它利用油的粘度來避免移動元件和導軌之間的直接接觸，優(yōu)點是節(jié)省液壓油泵。
/ g2 z) Y( z) O/ Q* O) X# I( ] 空氣也可以用于移動元件和導軌之間的介質(zhì)，它也有兩種形式，氣動靜壓導軌和氣動動壓導軌，工作原理與液壓導軌相同。
5 h4 E( y# f0 X, c 使用比較普通的抗摩擦導軌，它是在移動元件上安裝一種抗摩擦材料(如聚氯乙烯或青銅混合材料等)，以替代液體介質(zhì)，如油或空氣。其作用與液體介質(zhì)相似，安裝在移動元件上的抗摩擦材料應設(shè)計有油槽，滿足移動元件和導軌表面之間油潤滑或其它形式潤滑的需要。" E; t5 H+ j8 M& P P
眾所周知，平面導軌和移動元件之間的接觸面積比較大，移動元件要作快速微量進給.需要克服移動元件的慣量，因此將會產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。當滾珠絲杠或其它驅(qū)動力推動移動元件移動時，產(chǎn)生一個輕微粘附阻力，移動元件開始運動時，由于移動元件處于被抓住的狀態(tài)，出現(xiàn)了輕微的跳動，導致產(chǎn)生爬行，這種現(xiàn)象對于大的移動影響不大，而對于微量移動，就成為一個問題。( K6 E9 \6 }0 ] E( I: K
可調(diào)性是平面導軌特有的優(yōu)點，根據(jù)導軌的使用情況，平面導軌系統(tǒng)至少有一個或一個以上的可調(diào)邊。由于移動元件沿著直線導軌的側(cè)邊移動，保證移動元件與導軌側(cè)面緊密接觸是極為重要的。普遍使用調(diào)整的方法是斜鐵，斜鐵位于移動元件和導軌接觸面相對的側(cè)面之間。形狀為錐形條塊角鐵，可以精確地調(diào)整，以消除移動部件和導軌之間的間隙。如果滑動部件或?qū)к壞p，接觸表面之間的間隙加大，可調(diào)整斜鐵進行補償。% b) B5 r0 ~0 m
機床制造廠已發(fā)明了斜鐵自動調(diào)整的專利技術(shù)，它的基本原理是使斜鐵保持固定的彈簧壓力，一旦導軌系統(tǒng)被磨損，斜鐵能自動地消除移動部件與導軌之間的間隙。) L8 Y% ?7 b# I9 P% ?5 ]/ J7 H
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發(fā)表于 2009-12-14 21:52:25
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