导轨

导轨是进给伺服系统的重要环节之一，它对数控机床的刚度、精度与精度保持性有着重要影响。它的作用是导向、支承和承载。对导轨的基本要求有：① 一定的导向精度；② 良好的摩擦特性，即摩擦系数小（较高的灵敏度），动静摩擦系数之差小（低速平稳性好）；③ 阻尼特性好（高速时不振动）；④ 足够的刚度和强度；⑤ 良好的精度保持性。
　　数控机床的导轨按导向的类型分类有：直线导轨，实现直线运动的导向、轴承和圆导轨，实现圆周运动和圆弧运动的导向。如图1所示。

　　　　　　　　 　　　　　　　　　图1 导轨类型
　　若按导轨副的摩擦性质分类则有：滑动摩擦的塑料导轨、滚动摩擦的滚动导轨、液体摩擦的静压导轨。下面将进行详细的讨论。
1.贴塑导轨
　　这是一种金属对塑料型式，属于滑动导轨，它是在一滑动面上贴有一层抗磨软带，导轨的另一滑动面为淬火磨削面 ，软带是以聚四氟乙烯为基材，添加合金粉和氧化物的高分子复合材料。其厚度有0.8mm，1.1mm，1.4mm，1.7mm，2mm，宽度有150mm，300mm等几种　聚四氟乙烯摩擦系数为0.04～0.06，最高滑动速度可达30m/min，刚度高、静动摩擦系数差值小、无爬行。目前用于数控化改造机床、重型数控机床。
　　软带应粘贴在机床导轨副的短导轨面上(图5-26(b))，圆形导轨应粘贴在下导轨面上。粘贴时，将配套的D J胶粘剂A、B两组按分量1∶1混合均匀，用油灰刀分别涂在软带和导轨粘结面上，从一端向另一端缓慢挤压，然后用比压为0.05～0.1MPa的压力加压固化，温度15°以上。加压固化时间为24小时。与粘贴导轨配对的金属导轨硬度在HB160以上 ，表面粗糙度Ra=0.8 。

　　　　　　　　　　 　　　　　图5-26(b) 贴塑导轨结构 2.滚动导轨
　　滚动导轨是在导轨工作面之间安排滚动件，使两导轨面之间形成滚动摩擦。摩擦系数很小（0.0025～0.005），动、静摩擦系数相差很小，运动轻便灵活，所需功率小，精度好，无爬行。
图5-31所示为滚动支承块的结构，这是一种独立的标准部件，将它用螺钉固定在机床的运动部件上，当部件移动时，滚柱3在支承部件的导轨面与本体6之间滚动，同时又绕本体6循环滚动。滚柱3与运动部件的导轨面不接触，故该导轨面不需淬硬磨光。支承件导轨则一般是钢淬硬导轨，其材料通常是40Cr、GCr15、GCr15SiMn、HRc52～58、20CrMnTi、MRc56～62、38CrMoAlA、硬度为HV800～1000。支承导轨固定在床身或立柱的基体上。
　　在此基础上，滚动支承块已发展成滚动导轨组件，图5-27是其结构示意图，它有四列滚珠，分别配置在导轨各个肩部，可以承受上下左右的载荷和颠覆力矩与侧向力。这一组件的导轨的长度有多种尺寸，以适应行程长的要求，导轨安装在支承部件上固定不动，作直线运动的支承块则安装在运动部件上，一条导轨上一般有两个支承块。

　　　　　　　　 　　　　　　图5-27 滚动导轨结构图
3.静压导轨
　
　　静压导轨的滑动面之间开有油腔，将压力油通过节流器输入油腔，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
（0.0005），使驱动功率大大降低；其运动不受速度和负载限制，低速无爬行，承载能力大，刚度好；油膜有吸振作用，抗震性好，导轨摩擦发热小，但其结构较复杂，要有供油系统，油的清洁度要求高。
　　静压导轨按承载要求的不同，可分为开式和闭式两种。图5-28（a）为开式，当油泵2启动后，压力油p_s经节流器调节至p_r（油腔压力）进入导轨油腔，并通过导轨间隙向外流出回油箱8。油腔压力p_r形成浮力将运动部件6浮起，形成一定的导轨间隙h_o。当载荷增大时，运动部件下沉，导轨间隙减小，液阻增加，流量减小，从而油经过节流器时的压力损失减小，油腔压力p_r增大，直至与载荷W平衡时为止。开式静压导轨只能承受垂直方向的负载，承受颠覆力矩能力差。
　　图5-28（b）为闭式静压导轨，它能承受较大的颠覆力矩，导轨刚度也较大。当运动部件6受到颠覆力矩M后，油腔3、4的间隙h₃、h₄增大，油腔1、6的间隙h₁、h₆减小。由于各相应的节流器的作用，使p_r3、p_r4减小，p_r1、p_r6增大，由此作用在运动部件上的力，形成一个与颠覆力矩方向相反的力矩，从而使运动部件保持平衡。而在承受载荷W 时，则油腔1、4间隙h₁、h₄减小，油腔3、6间隙h₃、h₆增大，由于各相应的节流器的作用，使p_r1、p_r4增大，p_r3、p_r6减小，由此形成的力向上，以平衡载荷W。