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各类机床导轨的比较及其分析


设计者在设计机床时,导轨的设计形式是多种多样的。人们不禁要问,哪一种导轨是最佳的。本文阐述的是各种导轨的比较和分析其不同的原因。

  机床控制元件的运动实现了机床的精密加工,这是手动工具和机床的主要区别,下面讨论的是机床的控制元件之一——导轨系统。

  机床制造者最关心的莫过于机床的精度,刚性和使用寿命。对导轨系统的研究途径是很不够的,至少在机床制造技术方面没有把它放在重要的位置上,在机床样本,宣传广告上,最具有吸引力的技术参数是:主轴转速、进给速度、换刀时间和快速进给速度。当然,这些参数对机床的性能是很重要的。但导轨为机床功能的实现奠定了可靠的基础。

  各种类型的机床工作部件,都是利用控制轴在指定的导轨上运动,机床设计者根据机床的类型和用途选用各种不同形式的导轨系统,用得较为广泛的有下列三种;即平面导轨、直线滚动导轨和循环滚柱与平面导轨的组合所构成的滚动体导轨。当然系统远不止上述三种形式,还有其它形式的导轨。

导轨的功能

尽管导轨系统的形式是多种多样的,但工作性质都是相同的,机床工作部件在指定导轨系统上移动,尤如火车沿着铁轨在指定的方向上行驶。无论是机床导轨还是铁路上的铁轨,都是体现如下三种基本功能:

(1)为承载体的运动导向

(2)为承载体提供光滑的运动表面

(3)把火车的运动或机床的切削所产生的力传到地基或床身上,减少由此产生的冲击对乘客和被动加工零件的影响。

沿导轨系统的运动,大多数为直线运动,也有少数为弧线运动。本文讨论的重点是直线导轨系统。当然,直线导轨的很多技术可以直接应用弧形导轨。

导轨为什么被称为“系统”呢?这是因为导轨系统的工作包含着若干元件的同时工作,最基本的元件为一个运动元件和一个固定元件。运动元件的形式有多种多样,以后将予以详细介绍,固定元件一般为道轨式,它是导轨精度的保证,如果导轨弯曲变形,运动元件或滑动元件便失去精确的导向。

机床制造厂都在尽最大的努力,确保导轨安装的精确性。导轨被加工前。导轨和工作部件都已经过时效处理。以消除内应力。为了保证导轨的精度和延长使用寿命,刮研是一种常用的工艺方法。

镶钢导轨

机床上最常用的导轨形式是镶钢导轨,它的使用已有很长的历史。镶钢导轨是导轨系统的固定元件,其截面为矩形。它可水平装在机床的床身上,也可以与床身铸成一体,分别被称为镶钢式或整体式。镶钢式导轨是由钢制成的,经淬硬和磨削。硬度在洛氏硬度60度以上、把镶钢导轨用螺钉或粘结剂(环氧树脂)贴在机床床身或经刮研的立柱配合表面上,确保导轨获得最佳的平面度。这种形式,维修更换方便、简单,很受维修工人的欢迎。

整体导轨或铸造导轨,即钢导轨与底座铸成一体,加工后再经精磨到要求的尺寸和光洁度。导轨必须经过火焰淬火提高表面硬度,以提高导轨的耐磨性。床身一般为球墨铸铁,当然球墨铸铁的硬度比不上钢,整体导轨可以重新修理和淬硬,但更换它几乎是不可能的。

为了实现上述的目的,机床制造者过去的通常做法是:钢导轨的边缘设计有钩形的“耳朵”,在浇铸底座前,把钢导轨置于底座的铸模内,再把铁水浇入铸模内,这样便把钢导轨与底座铸成一体。

滑动导轨

传统导轨的发展,首先表现在滑动元件和导轨形式上,滑动导轨的特点是导轨和滑动件之间使用了介质,形式的不同在于选择不同的介质。

液压被广泛用于许多导轨系统。静压导轨是其中的一种,液压油在压力作用下,进入滑动元件的沟槽,在导轨和滑动元件之间形成油膜,把导轨和移动元件隔开,这样大大减少移动元件的摩擦力。静压导轨对大负荷是极其有效的,对偏心负荷有补偿作用。例如:一个大型的砂型箱在加工时,正好走到机床行程的末端,负载导轨能够增大油压,使导轨准确地保持着水平负载的状态。有的卧式镗铣床使用这种技术补偿深孔加工时主轴转速的下降。

利用油作为介质的另一种导轨形式是动压导轨,动压导轨与静压导轨的不同点是:油不是在压力下起作用的,它利用油的粘度来避免移动元件和导轨之间的直接接触,优点是节省液压油泵。
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