直線導(dǎo)軌選型簡(jiǎn)單計(jì)算介紹

 

按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和摩擦特性劃分的導(dǎo)軌類型見表6-1[5],各類導(dǎo)軌的主要特點(diǎn)及應(yīng)用列于表中。

 

 

導(dǎo)軌類型 主要特點(diǎn) 應(yīng)用 導(dǎo)軌類型 主要特點(diǎn) 1,運(yùn)動(dòng)靈敏度高,低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好,定位精度高。2,精度保持性好,滾動(dòng)導(dǎo)軌 磨損少,壽命長(zhǎng)。3,剛性和抗振性差,結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本高,要求良好的保護(hù) 1,速度高(90m/min~600m/min),形成液體摩擦2,阻尼大,抗陣性好 3,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)動(dòng)壓導(dǎo)軌 單,不需復(fù)雜供油系統(tǒng),使用維護(hù)方便4,油膜厚度隨載荷與速度而變化。影響加工精度,低速重載易出現(xiàn)導(dǎo)軌面接觸 應(yīng)用 廣泛用于各類精密機(jī)床,數(shù)控機(jī)床,紡織機(jī)械等 主要用語速度高,精度要求一般的機(jī)床主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌 各種大型,重型機(jī)床,精密機(jī)床,數(shù)控機(jī)床的工作臺(tái) 滑動(dòng)導(dǎo)軌 1, 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用維修方便。2,未形成完全液體摩擦?xí)r低速易爬行 3,磨損大壽命低,運(yùn)動(dòng)精度不穩(wěn)定 普通機(jī)床,冶金設(shè)備上應(yīng)用普遍 塑料導(dǎo)軌 1,動(dòng)導(dǎo)軌表面貼塑料軟帶等與鑄鐵 或鋼導(dǎo)軌搭配,摩擦系數(shù)小,且動(dòng)靜摩擦系數(shù)搭配,不易爬行,抗摩擦性能好。2,貼塑工藝簡(jiǎn)單。3,剛度較低,耐熱性差容易蠕變 1,在支撐導(dǎo)軌上鑲裝有一定硬度的不鋼板或鋼帶,提高導(dǎo)軌耐磨性,改善摩擦或滿足焊接床身結(jié)構(gòu)需要。2,在動(dòng)導(dǎo)軌上鑲有青銅只類的金屬防止咬合磨損,提高耐磨性,運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)精度高 主要應(yīng)用與中大型機(jī)床壓強(qiáng)不大的導(dǎo)軌應(yīng)用日益廣泛 鑲鋼,鑲金屬導(dǎo)軌 鑲鋼導(dǎo)軌工藝復(fù)雜,成本高。常用于重型機(jī)床如立車,龍門銑床的導(dǎo)軌上 1,摩擦系數(shù)很小,驅(qū)動(dòng)力小。2,低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好 3,承載能力大,剛靜壓導(dǎo)軌 性,吸陣性好4,需要一套液壓裝置,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,調(diào)整困難 6.1 初選導(dǎo)軌型號(hào)及估算導(dǎo)軌長(zhǎng)度

 

X方向初選導(dǎo)軌型號(hào)為GGB20BAL2P12?940?4 [6]具體數(shù)據(jù)見《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》9-149 Y方向初選導(dǎo)軌型號(hào)為GGB20AAL2P12?1090?4

 

導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)條件為常溫，平穩(wěn)，無沖擊和震動(dòng) 為何選用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副：

 

1）滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副動(dòng)靜摩擦力之差很小，摩擦阻力小，隨動(dòng)性極好。有利

 

于提高數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈敏度。驅(qū)動(dòng)功率小，只相當(dāng)普通機(jī)械的十分之一。直線導(dǎo)軌選型簡(jiǎn)單計(jì)算介紹

 

2）承載能力大，剛度高。

 

3）能實(shí)現(xiàn)高速直線運(yùn)動(dòng)，起瞬時(shí)速度比滑動(dòng)導(dǎo)軌提高10倍。

 

4）采用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，制造和裝配工作，保證質(zhì)量，縮短時(shí)間，降低成本。

 

導(dǎo)軌的長(zhǎng)度：

 

由于導(dǎo)軌長(zhǎng)度影響工作臺(tái)的工作精度和高度，一般可根據(jù)滑塊導(dǎo)向部分的長(zhǎng)度來確定導(dǎo)軌長(zhǎng)度。

其公式為：

 

L=H+S+△l-S1-S2

 

由此公式估算出Lx=940mm,Ly=1090mm 其中L—導(dǎo)軌長(zhǎng)度

 

H—滑塊的導(dǎo)向面長(zhǎng)度 S—滑塊行程 △l—封閉高度調(diào)節(jié)量

 

S1—滑塊到上死點(diǎn)時(shí)，滑塊露出導(dǎo)軌部分的長(zhǎng)度 S2—滑塊到下死點(diǎn)時(shí)，滑塊露出導(dǎo)軌部分的長(zhǎng)度

 

6.2 計(jì)算滾動(dòng)導(dǎo)軌副的距離額定壽命

 

X方向的導(dǎo)軌計(jì)算

 

X方向初選導(dǎo)軌型號(hào)為GGB20BAL2P12?940?4，查表9.3-73[1]得，這種導(dǎo)軌的額定動(dòng)，靜載荷分別為Ca=13.6kN,Coa=20.3kN。

 

4個(gè)滑塊的載荷按表9.3-48序號(hào)1的載荷計(jì)算式計(jì)算。 其中工作臺(tái)的最大重量為:

 

G=100×9.8=980N

 

F1=F2=F3=F4=1/4（G1+F）=250N

 

1)滾動(dòng)導(dǎo)軌的額定壽命計(jì)算公式[6]為：

 

L=（fh ft fc fa Ca/ fwPc）

 

式中 L——額定壽命（km）； Ca——額定動(dòng)載荷（KN）； P——當(dāng)量動(dòng)載荷（KN）；

 

Fmax——受力最大滑塊所受的載荷（KN）； Z——導(dǎo)軌上的滑塊數(shù)；

 

??K=27166km

 

?——指數(shù)，當(dāng)導(dǎo)軌體為滾珠時(shí)，?=3；當(dāng)為滾柱時(shí)?=10/3； K——額定壽命單位（KM），滾珠時(shí)，K=50KM；滾柱時(shí)，K=100KM； fh ——硬度系數(shù)；

 

fh ――（滾道實(shí)際硬度（HRC））。

 

由于產(chǎn)品技術(shù)要求規(guī)定，滾道硬度不得低于58HRC，故通?？扇h =1

 

fft ——溫度系數(shù)，查表6-2[7],得t=1

 

表6-2 溫度系數(shù)

 

工作溫度/C 0?100 1 100~150 0．90 150~200 0．73 200~250 0．60 ft fc——接觸系數(shù)，查表6-3；得

 

每根導(dǎo)軌上的滑塊數(shù) 1 1．00 2 0．81 fc=1

 

3 0．72 4 0．66 5 0．61 表6-3 接觸系數(shù) fcfa——精度系數(shù)，查表6-4；取

 

工作條件 fa=1.5

 

fa表6-4 精度系數(shù) 無外部沖擊或振動(dòng)的低速運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合，速度小于15m/min 無明顯沖擊或振動(dòng)的場(chǎng)合，速度為15~60m/min 有外部沖擊或高速運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合，速度大于60m/min 1~1.5 1.5~2 2~3.5 fw——載荷系數(shù)，查表6-5；得

 

精度等級(jí) 2 1．0 3 1．0 fw=1

 

4 0．9 5 0．9 表6-5 載荷系數(shù) fw 則L=27166Km

 

2)壽命時(shí)間的計(jì)算直線導(dǎo)軌選型簡(jiǎn)單計(jì)算介紹

 

當(dāng)行程長(zhǎng)度一定，以h為單位的額定壽命為：

 

L?10327166?103Lh???30592.3h

 

2La?n2?602?0.74?1?60式中 Lh——壽命時(shí)間（h） L——額定壽命（km） La——行程長(zhǎng)度（m） n2——每分鐘往返次數(shù) 則Lh?30592.3h

 

工況為：每天開機(jī)6個(gè)小時(shí)，每年300個(gè)工作日，則預(yù)計(jì)壽命年限為：

 

Lh=30592.3/300×6=16.9年 同理求出Y方向滾動(dòng)導(dǎo)軌副的距離額定壽命：

 

L=26340.1km Lh=25230h=14年

 

6.3導(dǎo)軌材料與熱處理

 

機(jī)床滑動(dòng)導(dǎo)軌常用材料主要是灰鑄鐵和耐磨鑄鐵。直線導(dǎo)軌選型簡(jiǎn)單計(jì)算介紹

 

灰鑄鐵通常以HT200或HT300做固定導(dǎo)軌，以HT150或HT200做動(dòng)導(dǎo)軌。 JB/T3997-1994標(biāo)準(zhǔn)對(duì)普通灰鑄鐵導(dǎo)軌的硬度要求如表6-6[10]所示

 

表6-6 灰鑄鐵導(dǎo)軌硬度要求 硬度要求(HBS) 導(dǎo)軌長(zhǎng)度/mm 導(dǎo)軌鑄件重量/t ≤2500 >2500 - >3 >5 >10 不低于 190 180 175 165 不高于 255 241 241 241 硬度不均勻性(HBS) 導(dǎo)軌長(zhǎng)度/mm 硬度差不超過 ≤2500 >2500 由幾何件連接的導(dǎo)軌 25 35 45 常用耐磨鑄鐵與普通鑄鐵耐磨性比較見表6-7[8]

 

表6-7 常用耐磨鑄鐵直線導(dǎo)軌選型簡(jiǎn)單計(jì)算介紹

 

耐磨鑄鐵名稱 磷銅鈦耐磨鑄鐵 高磷耐磨鑄鐵 釩鈦耐磨鑄鐵 稀土鑄鐵 鉻鉬耐磨鑄鐵 耐磨性高于普通鑄鐵倍數(shù) 1.5～2 1 1～2 1 1 導(dǎo)軌熱處理:一般重要的導(dǎo)軌，鑄件粗加工后進(jìn)行一次時(shí)效處理，高精度導(dǎo)軌鑄件半精加工后還需進(jìn)行第二次時(shí)效處理。

 

常用導(dǎo)軌淬火方法有:

 

1)中頻淬火，淬硬層深度(1～2)mm。硬度(45～50)HRC。

 

2)接觸加熱自冷表面淬火，淬硬深度(0.2～0.25)mm,顯微硬度600HM左右。

 

這種淬火方法主要用于大型鑄件導(dǎo)軌。直線導(dǎo)軌選型簡(jiǎn)單計(jì)算介紹

 

6.4導(dǎo)軌的技術(shù)要求

 

6.4.1表面粗糙度直線導(dǎo)軌選型簡(jiǎn)單計(jì)算介紹

 

1)刮研導(dǎo)軌 刮研導(dǎo)軌具有接觸好、變形小、可以存油、外觀美等特點(diǎn),但勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)率低。主要用于高精度導(dǎo)軌。

 

刮研導(dǎo)軌軌面每25mm×25mm面積內(nèi)的接觸點(diǎn)數(shù)不得少于表6-8[9]的規(guī)定。

 

表6-8 刮研導(dǎo)軌面25mm×25mm內(nèi)接觸點(diǎn)數(shù) 機(jī)床類別 滑動(dòng)導(dǎo)軌 ≤250 Ⅲ級(jí)和Ⅲ級(jí)以上 Ⅳ級(jí) Ⅴ級(jí) 20 16 10 ＞250 16 12 8 移置導(dǎo)軌 ≤100 16 12 8 ＞100 12 10 6 12 10 6 每條導(dǎo)軌寬度／mm 鑲條、壓板 滑動(dòng)面 2)導(dǎo)軌 生產(chǎn)率高,是加工淬硬導(dǎo)軌唯一方法，磨削導(dǎo)軌表面粗糙度應(yīng)達(dá)到的要求,見表6-9[10]。接觸面要求見表6-10[10]。

 

表6-9 磨削導(dǎo)軌表面粗糙度Ra

 

機(jī)床類型 Ⅲ級(jí)和Ⅲ級(jí)以上 Ⅳ級(jí) Ⅴ級(jí) 動(dòng)導(dǎo)軌 中小型 0.2～0.4(0.1～0.2) 0.4(0.2) 0.8(0.4) 大型 0.4～0.8(0.2～0.4) 1.6(0.8) 1.6(0.8) 重型 0.8(0.4) 中小型 0.1～0.2(0.05～0.1) 0.2(0.1) 0.4(0.2) 固定導(dǎo)軌 大型 0.2～0.4(0.1～0.2) 0.4(0.2) 0.8(0.4) 重型 0.4(0.2) 1.6(0.8) 1.6(0.8) 0.8(0.4) 1.6(0.8) 注:1.滑動(dòng)速度大于0.5時(shí),粗糙度應(yīng)降低一級(jí)(括號(hào)內(nèi)數(shù)值)。

 

2.淬硬導(dǎo)軌的表面粗糙度應(yīng)降低一級(jí)(括號(hào)內(nèi)數(shù)值)。

 

表6-10 磨削導(dǎo)軌表面的接觸指標(biāo)(%)

 

機(jī)床類型 滑(滾)動(dòng)導(dǎo)軌 全長(zhǎng)上 Ⅲ級(jí)和Ⅲ級(jí)以上 80 Ⅳ級(jí) Ⅴ級(jí) 75 70 全寬上 70 60 50 移置導(dǎo)軌 全長(zhǎng)上 70 65 60 全寬上 50 45 40 注:1.寬度接觸達(dá)到要求后,方能作長(zhǎng)度的評(píng)定。

 

2.鑲條按相配導(dǎo)軌接觸指標(biāo)檢驗(yàn)。直線導(dǎo)軌選型簡(jiǎn)單計(jì)算介紹

 

6.4.2幾何精度

 

導(dǎo)軌的幾何精度主要是指導(dǎo)軌的直線度和導(dǎo)軌間的平行度,垂直度等。具體相關(guān)的幾何精度參閱有關(guān)機(jī)械的精度標(biāo)準(zhǔn)。本機(jī)構(gòu)導(dǎo)軌精度取3級(jí)。

 

6.5導(dǎo)軌設(shè)計(jì)和使用注意事項(xiàng)

 

正確合理地設(shè)計(jì)和使用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副,可以提高耐用度和精度保持性,減少維修和保養(yǎng)時(shí)間。為此,應(yīng)注意如下事項(xiàng):直線導(dǎo)軌選型簡(jiǎn)單計(jì)算介紹

 

1)盡量避免力矩和偏心載荷的作用 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副樣本中給出的額定動(dòng),靜載荷,都是在各個(gè)滾珠受載均勻的理想狀態(tài)下算出的。因此,必須十分注意避免力矩載荷和偏心載荷。否則,一部分滾珠承受的載荷,有可能超過計(jì)算Ca值時(shí)確定的許用接觸應(yīng)力,導(dǎo)致過早的疲勞破壞或產(chǎn)生壓痕并出現(xiàn)振動(dòng),噪聲,降低移動(dòng)精度等現(xiàn)象。

 

2)提高剛度,減少振動(dòng) 適當(dāng)預(yù)緊可以提高剛度,均化滾動(dòng)體的受力從而提高壽命,并在一定程度上提高阻尼。但是預(yù)緊力過大會(huì)增加導(dǎo)軌副的摩擦阻力,增加發(fā)熱,降低使用壽命。因此預(yù)緊力有其最佳值。

 

滾動(dòng)支承的阻尼較小,因此要盡可能使它承受恒定的載荷。有過大的振動(dòng)和沖擊載荷的場(chǎng)合不宜應(yīng)用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副。為了減少振動(dòng),可以在移動(dòng)的工作臺(tái)上加裝減振裝置。條件許可時(shí)可安裝鎖緊裝置,加工時(shí)把不移動(dòng)的工作臺(tái)固定。

 

3)降低加速度的影響 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的移動(dòng)速度可以高達(dá)600m/min。起動(dòng)和停止時(shí),將產(chǎn)生一個(gè)力矩,使部分滾動(dòng)體受載過大,造成破壞。因此,如果加速度較大,應(yīng)采取以下措施:減輕被移動(dòng)物體的質(zhì)量,降低物體的重心,采取多級(jí)制動(dòng)以降低加速度,在啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí),增加阻尼裝置等。

 

4）導(dǎo)軌防護(hù)直線導(dǎo)軌選型簡(jiǎn)單計(jì)算介紹

 

①固定保護(hù)：利用導(dǎo)軌中移動(dòng)件倆端的延長(zhǎng)物保護(hù)導(dǎo)軌。

 

②刮屑板：利用毛氈或耐油橡膠制成與導(dǎo)軌形狀相吻合的刮條，使之刮走落在導(dǎo)軌上的灰塵，切屑等。

 

5)注意潤(rùn)滑和防塵 滾動(dòng)導(dǎo)軌通常采用鈉基潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。如果使用油潤(rùn)滑。應(yīng)盡可能采用高拈度的潤(rùn)滑油。如果與其他機(jī)構(gòu)同統(tǒng)一供油，則需附加濾油器。在油進(jìn)入導(dǎo)軌前再經(jīng)一道精細(xì)的過濾。

 

為了防止異物浸入和潤(rùn)滑油瀉出，產(chǎn)品出廠時(shí)滑塊座兩端均裝有耐橡膠密封墊。