犷一~一~·~一·一~·咋}设计与研究{卜~峰.一‘咋~二,.~~二盛机床导轨的设计计算哈尔滨工业大学机床教研室李国伟一、flJ舀导轨是每台机床不可缺少的部件,它的制造精度直接影响加工零件的精度。导轨的耐磨性是影响机床精度保持性和使用寿命的关键因素之一。因而导轨的制造精度和耐磨性成为机床好坏的重要指标。在毛主席革命路线指引下,我国机床行业的广大工人和技术人员,在党的领导下,对机床导轨的设计和制造进行了许多工作,取得了可喜的成果。在导轨的选材方面,结合我国资源情况,进行了钒钦耐磨铸铁、磷铜钦耐磨铸铁、稀土铸铁的耐磨性试验,并在生产中推广使用,使我国导轨的耐磨性达到或接近世界先进水平。在导轨表面硬化处理方面,不仅应用了高、中频淬火,并组织推广了我国工人阶级独创的电接触淬火,使导轨的耐磨性提高了两倍左右。在导轨的制造方面,以磨代刮,减轻了工人体力劳动,提高了加工质量和生产率,配磨工艺不仅用于普通机床,发展到制造精密机床,从单配发展到选配甚至互换,并且在普通车间里实现了机床配磨,配磨工艺也推广到修理机床中去。在精密机床、数控机床及重型机床上也推广应用了静压导轨,达到了低速5毫米/分无爬行现象。在滚动导轨方面试制了6192系列滚动导轨支承,为数控机床及重型机床提供了新的滚动导轨元件。总之,建国以来在我国机床导轨方面进行了许多工作,取得了一定成绩。但是在导轨设计计算基本理论研究方面却进行得不多,在实际设计机床时也较少对机床导轨进行计算。必须指出,如果设计导轨时缺乏正确的理论指导,设计上就不合理,即使选用了耐磨材料,进行了精密加工,也不能确保导轨耐磨性能和保持一定的精度。不仅在金属切削机床上必需有导轨,在其它的机器和仪器上也需要有导轨,例如在激光测量机,制造集成电路用的光刻机都要有导轨。它们都担负着导向的作用,这是一切导轨的共性。但是金属切削加工机床的导轨要承受较大的切削力和工件的重量、运动部件本身重量,而且容易被切屑所损伤,因此可以说承受较大的载荷是机床导轨的特殊性,设计机床时对导轨的承载能力和导轨的防护必须给予足够重视。如果导轨上的平均比压或最大比压,滚动体上的最大载荷大大超过了允许值,则导轨的摩损会急剧增加而丧失精度。如果由于载荷过大产生的弹性变形过大,使运动部件偏离了理论位置,即使导轨的制造精度很高也会失去其实际意义。此外导轨上的摩擦阻力是引起功率损耗和出现爬行的重要因素。数控机床是按输出信息进行工作,阻力过大,需要大扭矩的驱动装置,势必提高对放大环节的要求,这是为什么在数控机床特别重视减摩导轨的重要原因。归纳起来导轨的设计计算着重在下列儿个方面:1.选择合适的几何形状和尺寸;2.导轨的耐磨性验算;3.导轨的刚度计算;4.导轨摩擦性能及动态性能计算。下面仅就其中的几个间题加以讨论。二、导轨的形状与承载能力设计导轨时,首先遇到的问题是选择什么形状?[1〕中提出应从下面五项重要指标来分析:1.它能否为直线移动提供良好的导向性?2.磨损的情况如何?3‘.能采用何种刮研基准?4.导轨能否自检?5.是否需要镶条?选择导轨形状的依据是什么?在文献户瘤月图1这里忽视了两个很重要的因素,即导轨的承载能力如何?摩擦阻力大小如何?导轨的形状固然影响它的导向性能,后者还与是否装有镶条、驱动力的位置、摩擦力的大小等因素有关。能采用何种刮研基准?导轨是否自检?都属于导轨是否容易制造的间题。导轨形状与磨损情况的直接关系主要看是否容易排屑、是否容易润滑,而更重要的还与比压大小有关,即还与承载能力有关,因此宜改为下列五项指标:1.导轨的承载能力如何?2.导轨的摩擦大小如何?3.磨损情况如何?4.导向性能如何?6.是否容易制造?如何比较滑动导轨的承载能力呢?如果导轨的宽度B相同和高度H相同,且长度L亦相同(图1)在同样大小和方向的外力F作用下(图2),比较各导轨面上的实际比压,比压小的导轨说明还可提高外加载荷,表示承载能力尚有潜力。假设作用力F与垂直方向的夹角为0。矩形导轨顶面b:承受载荷为Fbl,侧面b:承受载荷为尸b:。由图2(a)可知万乙,一万。o,夕(1)万b,~F血口(2)‘、,Z‘、广34了‘、2.、bi二B瓦~H导轨面上比压分别为、飞/、、2勺6/‘、/、、。,一会-、:一会-F...
