機床線性導軌系統的運動設計

發布日期：2024-01-02

導軌系統使機床能夠實現快速進給速度，當主軸轉速相同時，快速進給是線性導軌的特點。其有兩個基本組成部分：一個是起導向作用的固定部件，另一個是移動部件。因為其對于機床制造商來說是標準件，只需要加工出用于安裝導軌的平面并調整導軌的平行度即可。當然，為了機床的精度，對床身或斷柱進行少量的刮研和磨削是需要的。

線性導軌的運動部件和固定部件之間沒有中間介質，而是旋轉的鋼球。由于旋轉鋼球適合高速運動，動摩擦因素小，準確度高，能滿足傳動部件的工作要求。其基本功能的固定元件（導軌）就像一個軸承圈，一個安裝鋼球的支架，形狀為“V”形，支架環繞導軌的頂部和側面。為了支撐機床的工作部件，一組導軌至少有四個支架。為了支撐大型工作部件，支架的數量可以多于四個。

與平面導軌相比，線性導軌截面的幾何形狀比平面導軌復雜。復雜的原因是需要在導軌上加工凹槽，以方便滑動部件的移動。凹槽的形狀和數量取決于機床的要求，例如：同時承受線性力和傾覆力矩的導軌系統與只承受線性力的導軌進行比較，設計上有很大的區別。

當機床工作部件運動時，鋼球在支架凹槽內循環，將支架的磨損分散到每個鋼球上，從而延長使用壽命。為了消除支架與導軌之間的間隙，預壓可以提高導軌系統的穩定性，實現預壓。導軌與支架之間裝有鋼珠，其直徑公差為±20微米，以0.5微米的增量進行分選劃分，然后分別安裝在導軌上。預緊力的大小取決于作用在鋼球上的力，如果作用在鋼球上的力過大，鋼球承受預緊力的時間就會過長，導致支架運動阻力增大。為了提高系統的準確度和減少運動阻力，需要相應的減小預緊力，為了提高運動精度和精度持久性，要求有足夠的預緊負數。

線性導軌系統的設計力求固定部件和運動部件之間有較大的接觸面積，這不但提高了系統的承載能力，而且使系統能夠承受間歇切削或重力切削產生的沖擊力，廣泛分散操作力，增加承載能力。為了做到這一點，導軌系統有多種凹槽形狀，代表性的有兩種。一種稱為哥待式，形狀為半圓的延長線，接觸點為頂點；另一種是圓弧形的，也可以起到同樣的作用。無論哪種結構形式，目標只有一個，就是爭取旋轉鋼球有更大的半徑接觸導軌（固定部件）。