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各類機床導軌的比較及功能分析
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設計者在設計機床時，導軌的設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。& H9 j* W7 X9 b7 u, ]3 ]
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機床控制元件的運動實現了機床的精密加工，這是手動工具和機床的主要區別，下面討論的是機床的控制元件之一——導軌系統。
5 i- R& N9 c+ g: t+ r7 g. N: I 機床制造者最關心的莫過于機床的精度，剛性和使用壽命。對導軌系統的研究途徑是很不夠的，至少在機床制造技術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參數是：主軸轉速、進給速度、換刀時間和快速進給速度。當然，這些參數對機床的性能是很重要的。但導軌為機床功能的實現奠定了可靠的基礎。
5 w$ z# `; G) r( I. H 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，機床設計者根據機床的類型和用途選用各種不同形式的導軌系統，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滾柱與平面導軌的組合所構成的滾動體導軌。當然系統遠不止上述三種形式，還有其它形式的導軌。
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. v9 V% G3 c) u9 {2 q6 M f/ h 導軌的功能0 Z' R) z4 n3 Z" y# ]$ _ r! h1 m, F
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盡管導軌系統的形式是多種多樣的，但工作性質都是相同的，機床工作部件在指定導軌系統上移動，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，都是體現如下三種基本功能：( T g5 @" o& N8 @2 u
(1)為承載體的運動導向$ v% i% R ~. u! I- d2 Z$ ]. U- B& p
(2)為承載體提供光滑的運動表面
; @" w% Z8 F0 `3 x$ w. e (3)把火車的運動或機床的切削所產生的力傳到地基或床身上，減少由此產生的沖擊對乘客和被動加工零件的影響。 v- ]: X( x( f0 u- ^+ M2 d
沿導軌系統的運動，大多數為直線運動，也有少數為弧線運動。本文討論的重點是直線導軌系統。當然，直線導軌的很多技術可以直接應用弧形導軌。
$ D! s, I v# n 導軌為什么被稱為“系統”呢？這是因為導軌系統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。
2 K( A' m0 V, F3 O' n4 n ? 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過時效處理。以消除內應力。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。2 ^) T4 e" N' Y) L1 G. v4 l
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鑲鋼導軌
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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劑(環氧樹脂)貼在機床床身或經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。
' u0 [0 [ i9 e# S% [0 g+ c0 J. p+ } 整體導軌或鑄造導軌，即鋼導軌與底座鑄成一體，加工后再經精磨到要求的尺寸和光潔度。導軌必須經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。
: L4 i0 \; M" H9 v: n, N2 P為了實現上述的目的，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，再把鐵水澆入鑄模內，這樣便把鋼導軌與底座鑄成一體。2 w" h! o! H$ {8 u+ E9 G
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滑動導軌
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傳統導軌的發展，首先表現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，形式的不同在于選擇不同的介質。5 ~4 }7 p8 z7 f0 o( p+ C
液壓被廣泛用于許多導軌系統。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。有的臥式鏜銑床使用這種技術補償深孔加工時主軸轉速的下降。0 r4 `- B; v! N4 l Q8 K
利用油作為介質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，優點是節省液壓油泵。
) I$ y s. S/ p3 F7 c- h 空氣也可以用于移動元件和導軌之間的介質，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。
6 c7 J! E8 ?. q/ Z& ` 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，如油或空氣。其作用與液體介質相似，安裝在移動元件上的抗摩擦材料應設計有油槽，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。
4 e- m) L. V4 n) {# S 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，因此將會產生爬行現象。當滾珠絲杠或其它驅動力推動移動元件移動時，產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，出現了輕微的跳動，導致產生爬行，這種現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。
% R5 j6 O) B+ F$ w+ C! H4 ?- M 可調性是平面導軌特有的優點，根據導軌的使用情況，平面導軌系統至少有一個或一個以上的可調邊。由于移動元件沿著直線導軌的側邊移動，保證移動元件與導軌側面緊密接觸是極為重要的。普遍使用調整的方法是斜鐵，斜鐵位于移動元件和導軌接觸面相對的側面之間。形狀為錐形條塊角鐵，可以精確地調整，以消除移動部件和導軌之間的間隙。如果滑動部件或導軌磨損，接觸表面之間的間隙加大，可調整斜鐵進行補償。
3 L( z O" N! A. l/ o2 i5 b 機床制造廠已發明了斜鐵自動調整的專利技術，它的基本原理是使斜鐵保持固定的彈簧壓力，一旦導軌系統被磨損，斜鐵能自動地消除移動部件與導軌之間的間隙。/ ?/ F! f/ }, y0 K/ v8 a& v% C- Q
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發表于 2009-12-14 21:52:25
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