桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院,廣西桂林,541004
摘 要:文章從研究滑動導(dǎo)軌的摩擦性質(zhì)出發(fā),通過對滑動導(dǎo)軌的貼塑材料和導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)特性的分析,簡要介紹提高滑動導(dǎo)軌的摩擦性能及使用壽命的設(shè)計(jì)方法。
關(guān)鍵詞:貼塑;滑動導(dǎo)軌;結(jié)構(gòu)
引言
導(dǎo)軌是機(jī)床不可缺少的部件,是在機(jī)床上用來支撐和引導(dǎo)部件沿著一定的軌跡準(zhǔn)確運(yùn)動或起夾緊定位作用的軌道。兩導(dǎo)軌面間的摩擦性質(zhì)是滑動摩擦的,稱為滑動導(dǎo)軌,是機(jī)床常用的導(dǎo)軌類型之一。它具有結(jié)構(gòu)較簡單,制造較容易,承載能力大,抗震性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是磨損快,精度保持性差;摩擦阻力大,運(yùn)動靈活性較差;動、靜摩擦系數(shù)差值大,重載或低速移動時(shí)易產(chǎn)生“爬行”,高速運(yùn)動時(shí)容易發(fā)熱等。為提高滑動導(dǎo)軌的摩擦性能及使用壽命,在普通的滑動導(dǎo)軌移動件表面貼上一層塑料軟帶,這種類型的導(dǎo)軌稱為貼塑滑動導(dǎo)軌。
1滑動導(dǎo)軌貼塑材料
滑動導(dǎo)軌常用的貼塑材料有聚四氟乙烯軟帶和環(huán)氧型耐磨樹脂涂層兩類。
1.1聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶
聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶是以聚四氟乙烯為基體,加入二硫化鋁、青銅粉和石墨等填充劑混合燒結(jié)而成,具有摩擦特性好、耐磨性好、減振性好等。該種軟帶可在原有滑動導(dǎo)軌面上用粘接劑粘結(jié),加壓固化后進(jìn)行精加工。為磨損均勻,工藝簡單,軟帶應(yīng)粘接在導(dǎo)軌副的運(yùn)動件軌面上;回轉(zhuǎn)型導(dǎo)軌應(yīng)粘接在承導(dǎo)件的軌面上。
1.2環(huán)氧型耐磨樹脂涂料
環(huán)氧型耐磨樹脂涂料是以環(huán)氧樹脂為基體,加入膠體石墨、二硫化鋁和鐵粉等混合而成,再加以固化劑調(diào)勻,注入或涂刮導(dǎo)軌面,因此,也稱為“涂塑導(dǎo)軌”或“注塑導(dǎo)軌”。涂塑導(dǎo)軌具有良好的摩擦特性和耐磨性,它與鑄鐵搭配的導(dǎo)軌副摩擦系數(shù)較低,在無潤滑油的情況下仍有較好潤滑和防止爬行的效果。其抗壓強(qiáng)度比導(dǎo)軌軟帶要高,尺寸穩(wěn)定,因而可使用在大型、重型數(shù)控機(jī)床上。
2滑動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)形式
機(jī)床滑動導(dǎo)軌設(shè)計(jì)時(shí),常用的導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)有三角形導(dǎo)軌、矩形導(dǎo)軌、燕尾形導(dǎo)軌三種。
2.1三角形滑動導(dǎo)軌
如圖1所示,導(dǎo)軌由凸三角形(山形)動軌與凹三角形(V形)靜軌組成滑動導(dǎo)軌副,導(dǎo)軌斜面同時(shí)起著支承和導(dǎo)向作用。三角形頂角一般為90°,對于承受載荷較大的重型機(jī)床,頂角一般取110°~120°但頂角越大,導(dǎo)向精度就越差。三角形結(jié)構(gòu)的滑動導(dǎo)軌,能使壓強(qiáng)均勻分布在滑動面上,所以,導(dǎo)軌的磨損是均勻的,并且,磨損后能自動補(bǔ)償垂直方向和水平方向的間隙,精度保持性較好。三角形導(dǎo)軌具有良好的導(dǎo)向性、貼合性和精度自檢性,是精密機(jī)床的理想導(dǎo)軌結(jié)構(gòu),但它要求導(dǎo)軌面接觸均勻,磨削和刮研難度較大。
2.2矩形滑動導(dǎo)軌
矩形導(dǎo)軌也稱為平軌,導(dǎo)軌頂部平面和側(cè)面起同時(shí)導(dǎo)向作用,保證運(yùn)動部件(工作臺或刀架)在垂直面及水平面內(nèi)的直線移動精度;導(dǎo)軌頂部平面同時(shí)又是載荷的主要支承面;加裝的下壓板則是為了防止運(yùn)動部件的抬起,如圖2所示。矩形導(dǎo)軌承載能力和剛度較大,結(jié)構(gòu)簡單,制造、檢驗(yàn)、維護(hù)較容易。但磨損后不能自動補(bǔ)償間隙,所以需要進(jìn)一步設(shè)置間隙調(diào)整裝置。
2.3燕尾形滑動導(dǎo)軌
如圖3所示,導(dǎo)軌中的兩對稱斜面起導(dǎo)向和壓板作用,當(dāng)承受顛覆力矩時(shí),斜面為主要工作面;水平導(dǎo)軌面起支承作用,當(dāng)承受垂直載荷時(shí),以水平導(dǎo)軌面為主要工作面。它們之間的夾角通常設(shè)計(jì)為55°。燕尾形導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)緊湊,一般用在高度小而層次多的運(yùn)動部件上,如車床和刨床的刀架等。燕尾形導(dǎo)軌磨損后不能自動補(bǔ)償間隙,需要鑲條等部件進(jìn)行間隙調(diào)整。
根據(jù)各導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn),綜合考慮制造成本,也可以將各結(jié)構(gòu)相互組合使用,如:三角形—矩形、燕尾形—矩形。
2.4導(dǎo)軌的間隙調(diào)整
導(dǎo)軌副的運(yùn)動件與承導(dǎo)件之間應(yīng)保持適當(dāng)?shù)拈g隙,間隙過小會增大摩擦,運(yùn)動不靈活;間隙過大,則導(dǎo)向精度降低,機(jī)床剛性下降。適當(dāng)?shù)膶?dǎo)軌間隙,可通過研磨、研刮相應(yīng)的結(jié)合面或加墊片的方法獲得;也可以采用鑲條調(diào)整的方法,有直鑲條和斜鑲條兩種,結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示。
3滑動導(dǎo)軌的材料
貼塑層常用在導(dǎo)軌副的動軌上,與其相配的金屬導(dǎo)軌有鑄鐵和鑲裝兩種,鑄鐵主要是灰鑄鐵和耐磨鑄鐵,牌號有HT300、HT3054、MTCulPTi-150等,表面淬火硬度一般為45~55HRC,精加工后淬火層保留1~1.5mm厚;鑲鋼導(dǎo)軌的材料有55、T10A、GCr15、38CrMoAl等,一般采用中頻淬火或滲氮淬火方式,淬火硬度為58~62HRC,滲氮層厚度為0.5mm。
鑲裝導(dǎo)軌通常使用淬硬鋼塊或高硬度鋼帶進(jìn)行鑲裝,也可使用有色金屬板材,主要有錫青銅ZQSn6-6-3和鋁青銅ZQAl9-4,它們多用在重型精密機(jī)床的動導(dǎo)軌上,可以防止導(dǎo)軌副的靜、動導(dǎo)軌相互擦傷。
5滑動導(dǎo)軌的剛度計(jì)算
導(dǎo)軌的支承面積,應(yīng)與載荷相適應(yīng)。面積小而載荷過大,則導(dǎo)軌表面接觸變形大,不僅影響導(dǎo)軌精度,還會破壞導(dǎo)軌面上的潤滑油膜,使導(dǎo)軌加劇磨損。所以,導(dǎo)軌設(shè)計(jì)時(shí)務(wù)必使其接觸變形在合理范圍。對于接觸面積不超過100~150的鋼和鑄鐵的接觸,其接觸變形(μm)為:
式中:p—接觸面間的平均壓力(N/)
c—系數(shù),對于精刮導(dǎo)軌面和磨削導(dǎo)軌面,取值1.47~1.94;研磨表面取值0.69。
6結(jié)語
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,精密滾動導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌已在機(jī)床上得到一定的應(yīng)用,但由于它們結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造困難,成本較高等缺點(diǎn),目前,還不能完全取代滑動導(dǎo)軌?;瑒訉?dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡單,制造容易,承載能力大,抗震性強(qiáng)。通過增加摩擦面的貼塑或涂層,以及更為合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),滑動導(dǎo)軌將能獲得更好的摩擦性能和更長的使用壽命。
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作者簡介:
陳明亮/男/1986年生/廣西桂林人/本科/研究方向?yàn)闄C(jī)床與自動控制技術(shù)