机床导轨面结构与精密制造工艺设计_毕业设计(编辑修改稿)

机床导轨面结构与精密制造工艺设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

机床导轨面结构是机床工作过程中的重要一环 所以 近些年 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。 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， 而导轨面结构 是机床的控制元件之 一。 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 [1]。 由于具有工作寿命长、摩擦系数低、速度变化和载荷变化对油膜刚度影响小、工作稳定等诸多优点，液体静压导轨被广泛应用于精密加工机床、雷达天线等民用与军用设备中。 随着对数控机床的加工精度和效率要求的不断提高为了提高工作台承载能力和性能，减少工作台和底座间磨损，延长工作台使用寿命，液体静压导轨在各种数控机床 中 (特别是重载高精度数控机床 )也得到了广泛的应用 [2]。 学士学位论文 2 国内外机床导轨研究发展现状 静压导轨因具有高精度、高刚度、长寿命等一系列优点而得到了广泛的应用。 支承是机床和其他机械设备的重要部件，直接影响机械设备的工作性能。 液体静压支承技术的应用主要包括液体静压轴承和液体静压导轨两大类。 液体静压导轨是液体静压支承技术在导轨中的主要应用。 液体静压导轨的主要优点是：摩擦系数小，一般为 ～ 械效率高；导轨面之间的油膜很薄；具有良好的润滑性和吸振性；导轨长期使用无磨损；工作运动平稳。 因此，液体静压导比滑动导轨和滚动导轨的寿命高许多倍。 同时，液体静压导轨运动速度的变化对其油膜厚度和刚度的影响小，消除了工作台低速运动的“爬行”现象，且降低了对导轨材料的要求 [4]。 由于液体静压导轨具有上述诸多优点，且技术的不断成熟，因此液体静压导轨能满足高精度、重载荷及各种速度范围机床的要求，在各种机床(尤其是数控机床、超精密机床 )中得到了广泛的应用。 当今生产的数控机床广泛采用液体静压导轨。 例如：美国 IlqGERSOLL集团旗下的德国WALDluCH SIEGEN公司和 WAI， DRjCH COBURG公司、法国 FOREST LINE公司、日本的 TOSⅡ BA公司均生产采用液体静压导轨的数控龙门镗铣床。 液体静压导轨在超精密加工机床中的应用也较为广泛。 超精密加工设备是实现超精密加工技术的必须手段，而超精密机床的性能取决于其关键部件的性能。 导轨副是超精密机床的关键部件之一，直接影响超精密加工的精度。 液体静压导轨相对于滚动导轨和动压导轨有摩擦阻力小、使用寿命长、速度范围广、抗振性能好和适应性好等优点。 因此，液体静压导轨在超精密加工机床中液体静压导轨得到了广泛应用。 例如：美国 LLNL实验室从 60年代开始研制精密 机床，该实验室先后开发了 DTMI、 DTM2型超精密机床，并于 1983年 9月成功地开发出代表当代超精密机床最高水平的DTM． 3型卧式大型光学金刚石超精密车床。 该机床利用激光干涉仪来进行位置测量，采用液体静压轴承和液体静压导轨，位置控制精度可达O． 0139m，加工的黄铜零件表面粗糙度可。 在日本，大森整等人将超精密油静压驱动系统应用于超精密多轴镜面加工机床上，位置精度分辨率达到 lOnm，加工工件粗糙度 7rim。 NanoTechS00FG采用液体静压导轨，其水平直线度和垂直直线度分别达到 ／ 250mm和。 um／250mm，定位精度为 ／ um／ 250mm。 小泉孝一等人将液体静压导轨技术成功的应用于生产民用液晶显示器的平面研磨机上。 在国内，液体静压导轨在各种机床中的应用也越来越普遍。 例如：国产 XK2125数控龙门镗铣床床身工作台导轨、宝钢宽厚板主体设备中的剪切线双边剪设备和 YK73125成形磨齿机中的主要导轨运动副均采用液体静压导轨技术 [1]。 学士学位论文 3 课题研究的主要内容和方法 本次课题研究的主要内容： ，选着所需的导轨。 确设计要求拟定机床导轨设计制造总 体方案 制。 本次课题研究的 解决方法： 通过对静压导轨的优缺点，导轨的受力分析，导轨的材料、润滑条件、加工工艺、维护措施和通过考察调研，查阅相关资料，综合应用专业的理论知识 ,掌握机械装置的设计方法和步骤 ,在通过多次的计算校对等方面来完成。 学士学位论文 4 第 2章 机床导轨的选用 导轨的功用和分类 导轨的功用是导向和承载。 在导轨副（如工作台和床身导轨）中，运动的一方面（如工作台导轨）叫动导轨，不动的一方（如床身导轨）叫做支承导轨。 导轨按摩擦性质可分为滑动导轨 和滚动导轨。 在滑动导轨中有静压导轨、动压导轨和普通导轨。 静压导轨的原理和静压动轴承相同，两导轨面间有一层静压油膜，属于纯液体摩擦，多用于进给运动导轨。 动压导轨，当导轨面间的相对滑动速度达到一定值后，液体的动压效应是导轨油腔处出现压力油楔，把两导轨面分开，从而形成液体摩擦，这种导轨只能用于高速的场合，故仅用作主运动导轨，例如立式车床导轨。 普通滑动导轨的摩擦状态有的为混合摩擦。 这时，在导轨面间虽有一定得的动压效应，但由于速度还不够高，油楔还不足以隔开导轨面，导轨面仍处于直接接触状态。 大多数普通滑动导轨 属于这一类。 有的普通滑动导轨速度很低，导轨间不足以产生动压效应，处于边界摩擦状态。 滑动导轨、静压导轨与滚动导轨的特点和经济性 导轨质量对机床刚度 ,加工精度和使用寿命具有很大的影响 ,作为机床进给系统的重要环节 ,不同类型的机床对导轨的要求不同 ,数控机床的导轨比普通机床的导轨要求要高。 且希望其高速进给时不发生振动 ,低速进给时不出现爬行 ,灵敏度高。 耐磨性好 ,可在重载下长期连续工作 ,精度保持性好等 ,这是机床制造厂设计机床和机床用户选用机床时 ,必须考虑的问题。 下面对三种导轨形式进行比较 : 滑动导轨 滑 动导轨在机床上应用的历史最为久远 ,至今在各类机床产品上广为应用 ,尤其是普通机床 ,它往往采用铸铁件或镶钢导轨制成。 为了提高导轨的耐磨寿命和精度 ,一般对导轨表面进行面淬火及磨削加工 ,现代机床尤其是数控机床常用塑料滑动导轨。 塑料滑动导轨具有摩擦因数低 ,且动、静摩擦因数差值小 ,减振性好 ,具有良好的阻尼性 ,耐磨性好 ,有自润滑作用 ,塑料滑动导轨有铸铁表面淬火 — 塑料滑动导轨和镶钢 — 塑料导轨。 塑料滑动导轨常用在导轨副的运动导轨上 ,与之相配的金属导轨采用铸铁或钢质材料。 塑料导轨分为注塑导学士学位论文 5 轨和贴塑导轨 ,导轨上的塑料常 用环氧树脂耐磨涂料和聚四氟乙烯导轨软带。 注塑导轨。 导轨注塑或抗磨涂层的材料是以环氧树脂和二硫化钼为基体 ,加入增塑剂 ,混合成膏状为一组分 ,固化剂为另一组分的双组分塑料这种涂料附着力强 ,具有良好的可加工性 ,可经车、铣、刨、钻、磨削和刮削加工。 也有良好的摩擦性和耐磨性 ,而且抗压强度比聚四氟乙烯导轨软带要高 ,固化时体积不收缩 ,尺寸稳定。 特别是可在调整好固定导轨和运动导轨间的相关位置精度后注入涂料。 可节省许多加工时间 ,特别适用于重型机床和不能用导轨软带的复杂配合型面。 贴塑导轨。 在导轨滑动面上贴一层 抗磨的塑料软带 ,与之相配的导轨滑动面经淬火和磨削加工。 软带以聚四氟乙烯为基材 ,添加合金粉和氧化物制成。 塑料软带可切成任意大小和形状 ,用胶粘剂粘贴在导轨基面上由于这类导轨软带用粘贴方法 ,故称为贴塑导轨。 一般说来 ,滑动导轨最显著的特点是具有优良的刚性 ,吸振性 (抑制刀具切削时产生的振动 )和阻尼性 (防止导轨系统启动或停止时的振动 ),适宜切削负载大的机床使用。 且成本较低 ,经济实用 [6]。 滚动导轨 滚动导轨的特点是 :磨擦系数小 ,磨擦系数一般在 ~ 的范围内 ,动、静摩擦系数基本相同 ,启动阻力小 ,不易产生冲击 ,低速运动稳定性好。 定位精度高 ,运动平稳 ,微量移动准确 ,磨损小 ,精度保持性好 ,寿命长抗振性差 ,对防护要求高 ,结构复杂 ,制造较困难 ,一般由专业厂制造 ,成本较高。 滚动导轨尤其是直线滚动导轨 ,这十几年被大量采用 ,随着数控机床高速化趋势的出现 ,而被应用得越广泛。 与滑动导轨不同的是 ,由于滚动导轨采用了钢球或滚柱作为滚动体 ,其与导轨的接触特点为点接触或线接触 ,具有较小的摩擦系数。 又由于滚动导轨在组装过程中施加了一定的预加负荷有较好的导轨的阻尼特性 ,但这种阻尼特性较之传统滑动导轨的阻尼特 性有一定差距。 静压导轨 静压导轨是将有一定压力的油液 ,通过节流器输送到导轨面的油腔中 ,形成压力油膜浮起运动部件 ,使导轨工作表面处于纯液体摩擦不产生磨损 ,精度保持性好 ,同时摩擦系数也极低 ,从而使驱动功率大为降低。 此外 ,静压导轨的运动不受速度和负载的限制 ,低速无爬行 ,承载能力大 ,刚度好。 油液有吸振作用 ,导轨摩擦发热也小 ,其缺点是结构复杂 ,需配置一套专门的液压系统作为供油系统 ,油的清洁度要求高 .。 从大型重载机床且要求精度较高的角度看比较实用。 学士学位论文 6 导轨耐磨性 当移动部件沿导轨移动时，要求导轨具有足够 的导向精度。 然后移动部件长时间的移动，将会磨损导轨而影响导向精度。 导轨磨损的快慢，取决于下列因素 :导轨材料的杭磨性能，表面是否热处理，两条导轨的平行度、直线度，比压大小，润滑方式等。 采用下述措施可提高导轨的耐磨性 : 导轨材料的选择 导轨大多用灰铸铁或合金铸铁材料，耐磨性能好，材料中的石墨起着润滑、减磨作用。 一般选用硬度较高的灰铸铁 HT200(硬度 HB170~241)材料的硬度高，耐磨性也会提高。 铸铁导轨工作面淬火处理 经验证明，两。