机床线性导轨系统的运动设计

发布日期：2024-01-02

导轨系统使机床能够实现快速进给速度，当主轴转速相同时，快速进给是线性导轨的特点。其有两个基本组成部分：一个是起导向作用的固定部件，另一个是移动部件。因为其对于机床制造商来说是标准件，只需要加工出用于安装导轨的平面并调整导轨的平行度即可。当然，为了机床的精度，对床身或断柱进行少量的刮研和磨削是需要的。

线性导轨的运动部件和固定部件之间没有中间介质，而是旋转的钢球。由于旋转钢球适合高速运动，动摩擦因素小，准确度高，能满足传动部件的工作要求。其基本功能的固定元件（导轨）就像一个轴承圈，一个安装钢球的支架，形状为“V”形，支架环绕导轨的顶部和侧面。为了支撑机床的工作部件，一组导轨至少有四个支架。为了支撑大型工作部件，支架的数量可以多于四个。

与平面导轨相比，线性导轨截面的几何形状比平面导轨复杂。复杂的原因是需要在导轨上加工凹槽，以方便滑动部件的移动。凹槽的形状和数量取决于机床的要求，例如：同时承受线性力和倾覆力矩的导轨系统与只承受线性力的导轨进行比较，设计上有很大的区别。

当机床工作部件运动时，钢球在支架凹槽内循环，将支架的磨损分散到每个钢球上，从而延长使用寿命。为了消除支架与导轨之间的间隙，预压可以提高导轨系统的稳定性，实现预压。导轨与支架之间装有钢珠，其直径公差为±20微米，以0.5微米的增量进行分选划分，然后分别安装在导轨上。预紧力的大小取决于作用在钢球上的力，如果作用在钢球上的力过大，钢球承受预紧力的时间就会过长，导致支架运动阻力增大。为了提高系统的准确度和减少运动阻力，需要相应的减小预紧力，为了提高运动精度和精度持久性，要求有足够的预紧负数。

线性导轨系统的设计力求固定部件和运动部件之间有较大的接触面积，这不但提高了系统的承载能力，而且使系统能够承受间歇切削或重力切削产生的冲击力，广泛分散操作力，增加承载能力。为了做到这一点，导轨系统有多种凹槽形状，代表性的有两种。一种称为哥待式，形状为半圆的延长线，接触点为顶点；另一种是圆弧形的，也可以起到同样的作用。无论哪种结构形式，目标只有一个，就是争取旋转钢球有更大的半径接触导轨（固定部件）。