导轨结构特点及调整方法介绍

目前，数控机床使用的导轨主要滑动导轨、滚动导轨和静压导轨三种。

1.滑动导轨

（1）滑动导轨的类型

滑动导轨刚度的大小、制造是否简单、能否调整、摩擦损耗是否最小以及能否保持导轨的初始精度，在很大程度上取决于导轨的横断面形状。滑动导轨的横断面形状如图8-37所示。

图8-37 滑动导轨的横断面形状

a）山形与V形 b）矩形 c）圆柱形 d）平面环形 e）圆锥环形 f）燕尾形

1）山形与V形断面 如图8-37a所示，这种断面导轨导向精度高，导轨磨损后靠自重下沉自动补偿。下导轨用凸形，有利于排污物，但不易保存油液，如用于车床；下导轨用凹形，则相反，如用于磨床的顶角一般为90°。

2）矩形断面 如图8-37b所示，这种断面导轨制造维修方便，承载能力大，新导轨导向精度高，但磨损后不能自动补偿，需用镶条调节，影响导向精度。

3）圆柱形断面 如图8-37c所示，这种断面导轨制造简单，可以做到精密配合，但对温度变化较敏感，小间隙时很易卡住，大间隙时则导向精度差。它与上述几种断面比较，应用较少。

4）平面环形断面 如图8-37d所示，这种断面导轨适合于旋转运动，制造简单，能承受较大的轴向力，但导向精度较差。改用如图8-37e所示的圆锥环形断面，导向性较好。

5）燕尾形断面 如图8-37f所示，这种断面导轨结构紧凑，能承受倾侧力矩，但刚性较差，制造检修不方便。适用于导向精度不太高的情况。

（2）滑动导轨的表面处理

数控机床所使用的滑动导轨材料为铸铁贴塑料或镶钢贴塑料。常用导轨塑料有聚四氟乙烯导轨软带和环氧型耐磨导轨涂层两类。

1）聚四氟乙烯导轨软带的特点

①摩擦特性好：金属—聚四氟乙烯导轨软带的动、静摩擦因数基本不变。

②耐磨特性好：聚四氟乙烯导轨软带材料中含有青铜、二硫化铜和石墨，因此其本身就具有自润滑作用，对润滑油的要求不高。此外，塑料质地较软，即使嵌入金属碎屑、灰尘等，也不致损伤金属导轨面和软带本身，可延长导轨副的使用寿命。

③减振性好：塑料的阻尼性能好，其减振效果、消声的性能较好，有利于提高运动速度。

④工艺性好：可降低对粘贴塑料的金属基体的硬度和表面质量要求，而且塑料易于加工（铣、刨、磨、刮），使导轨副接触面获得优良的表面质量。聚四氟乙烯导轨软带被广泛应用于中、小型数控机床的运动导轨中。

图8-38 某加工中心工作台的断面图

1—床身 2—工作台 3—下压板 4—导轨软带 5—镶条

图8-38为某加工中心工作台的断面图。作为移动部件的工作台导轨面（包括下压板和镶条），都粘贴有聚四氟乙烯导轨软带。

导轨软带使用工艺简单。首先将导轨粘贴面加工至表面粗糙度Ra3.2μm左右，然后用汽油或丙酮清洗粘贴面，用胶粘剂粘合。加压初固化1～2h后，合拢到配对的固定导轨或专用夹具上，施加一定的压力，并在室温固化24h后取下，清除余胶，即可开油槽和精加工。

2）环氧型耐磨涂层 以环氧树脂和二硫化钼为基体，加入增塑剂，混合成液状或膏状为一组分和固化剂为另一组分的双组分塑料涂层。环氧型耐磨涂层都具有以下特点：

①良好的加工性：可经车、铣、刨、钻、磨削和刮削。

②良好的摩擦性。

③耐磨性好。

④使用工艺简单。

（3）滑动导轨的间隙调整机构

为保证导轨的正常运动，运动件与承导件之间应保持适当的间隙。间隙过小，会增加摩擦力，使运动不灵活；间隙过大，会使导向精度降低。调整的方法有：采用磨、刮相应的结合面或加垫片的方法，以获取适当的间隙；镶条或压板调整，这是侧向间隙常用的调整方法。镶条有直镶条和斜镶条两种。

1）平镶条调整间隙 如图8-39所示，镶条各面彼此平镶，采用均布的顶紧螺钉使镶条横向移动，从而调整间隙。该类型结构虽然制造简单，但是各处间隙很难调整一致，且沿镶条全长只有几点受力，接触刚度差。多用于短的、受力不大和不太重要的场合。

图8-39 平镶条调整间隙

a）图示一 b）图示二 c）图示三

图8-40 斜镶条（楔条）调整间隙

a）图示一 b）图示二 c）图示三

2）斜镶条（楔条）调整间隙 如图8-40所示，镶条的一面具有一定的斜度，调整螺栓使镶条纵向移动调整间隙。该类型的镶条与导轨接触面较好，接触刚度大，允许承受较大载荷，调整方便精确，可使各处间隙一致，但是制造麻烦。它多用于受力较大要求间隙较小和调整精确的场合。

3）不等角平镶条调整间隙 如图8-41所示，镶条一边与导轨顶面成55°夹角，另一边成45°夹角。调整螺钉1使镶条斜向移动调整间隙，然后用螺钉2锁紧，弹簧3使镶条紧贴下导轨面4。这种结构刚度大，但是制造麻烦。它用于长度较大的燕尾导轨，如纵切自动车床主轴箱导轨。

4）闭式导轨梯形镶条调整间隙 如图8-42所示，镶条3为梯形界面，其上有螺纹孔，用螺钉1将镶条向外拉可增大间隙。这种结构刚度较大，调整间隙精确，但是调整较麻烦。它多用于整体结构的闭式导轨，可承受较大的颠覆力矩。

5）燕尾导轨用梯形镶条调整间隙 燕尾导轨采用梯形镶条调整间隙主要有三种结构：

①图8-43所示为燕尾导轨用梯形镶条的一种结构。松开螺钉2，用螺钉1使镶条3横向移动来调整间隙，再拧紧螺钉2。这种结构刚度好，装配方便，但是调整麻烦。它多用于受颠覆力矩大的燕尾导轨，应用广泛。

图8-41 不等角平镶条调整间隙

a）图示一 b）图示二 1、2—螺钉 3—弹簧 4—下导轨面

图8-42 闭式导轨梯形镶条

a）图示一 b）图示二 1、2—螺钉 3—镶条

图8-43 燕尾导轨用梯形镶条1

a）图示一 b）图示二 1、2—螺钉 3—镶条

②图8-44所示为燕尾导轨用梯形镶条的另一种结构。调整垫片1或刮磨结合面2，使镶条上下移动来调整间隙。这种结构刚度好，但是垂直面要求严格，调整麻烦。它多用于受颠覆力矩大的燕尾导轨。

③图8-45所示为用螺钉使镶条上、下移动来调整间隙（螺钉1使镶条3向上拉，螺钉2可使镶条3向下顶）的结构。这种结构压力分布均匀，实现夹紧简单，调整麻烦。它多用于受颠覆力矩较大的燕尾导轨。

图8-44 燕尾导轨用梯形镶条2

a）图示一 b）图示二1—垫片2—结合面

3—垂直结合面

图8-45 燕尾导轨用梯形镶条3(www.xing528.com)

a）图示一 b）图示二 1、2—螺钉 3—镶条

6）矩形压板调整间隙 如图8-46所示，调整间隙时磨削或修刮结合面1或用垫片2进行调整。这种结构较简单，但调整麻烦，要拆卸压板。它主要用于磨损较小或间隙对加工精度影响不大的场合。

7）带楔条的压板调整间隙 如图8-47所示，压板与导轨间的间隙用镶条调整。这种结构调整方便，间隙可精确条调节，刚度低（用斜镶条时比用平镶条时好）。平镶条适用于轻载荷的场合，斜镶条适用于载荷大、需要精确调整的场合。

图8-46 矩形压板调整间隙

a）图示一 b）图示二 1—结合面 2—垫片

图8-47 带楔条的压板调整间隙

a）图示一 b）图示二 1—平镶条 2—斜镶条

2.滚动导轨

滚动导轨的摩擦因数小，动、静摩擦因数差别小。其起动阻力小，能微量准确移动，低速运动平稳、无爬行，因而运动灵活，定位精度高。通过预紧，可以提高刚度和抗振性，承受较大的冲击和振动，寿命长，是适合数控机床进给系统应用的比较理想的导轨元件。

常用的滚动导轨有滚动导轨块和直线滚动导轨两种。

（1）滚动导轨块

滚动导轨块是一种用圆柱滚动体做循环运动的标准结构导轨元件，其结构如图8-48所示。在使用时，滚动导轨块安装在运动部件的导轨面上，每一导轨至少用两块，导轨块的数目与导轨的长度和负载的大小有关，与之相配的导轨多用镶钢淬火导轨。当运动部件移动时，滚柱在支承部件的导轨面与本体之间滚动，同时又绕本体循环滚动，滚柱与运动部件的导轨面不接触，因而该导轨面不需淬硬磨光。滚动导轨块的优点是刚度高，承载能力大，便于拆装，它的行程取决于支承件导轨平面的长度；缺点是导轨制造成本高，抗振性能欠佳。

图8-48 滚动导轨块的结构

（2）直线滚动导轨

1）直线滚动导轨结构 直线滚动导轨结构如图8-49所示，主要由导轨块、滑块、滚珠、保持架、端盖等组成。由于它将支承导轨和运动导轨组合在一起，作为独立的标准导轨副部件由专门生产厂家制造，故又称单元式滚动导轨。在使用时，导轨固定在不运动的部件上，滑块固定在运动的部件上。当滑块沿导轨体运动时，滚珠在导轨体和滑块之间的圆弧直槽内滚动，并通过端盖内的暗道从工作负载区到非工作负载区，然后再滚动回工作负载区，不断循环，从而把导轨体和滑块之间的滑动变为滚珠的滚动。

图8-49 直线滚动导轨的结构

1—压紧圈 2—支承块 3—密封板 4—承载钢珠列 5—反向钢珠列 6—加油嘴 7—侧板 8—导轨 9—保持器

为防止灰尘和脏物进入导轨滚道，滑块两端及下部均装有塑料密封垫，滑块上还有润滑油杯。

滚动导轨作为滚动摩擦副的一类，具有以下特点：摩擦因数小（0.003～0.005），运动灵活；动、静摩擦因数基本相同，因而起动阻力小，不易产生爬行；可以预紧，刚度高；寿命长；精度高；润滑方便，可以采用脂润滑，一次填装，长期使用；由专业厂家生产，可以外购选用。因此，滚动导轨副被广泛应用于精密机床、数控机床、测量机和测量仪器上。滚动导轨副的主要缺点是抗冲击载荷的能力较差，且滚动导轨副对灰尘金属末等较敏感，应有良好的防护罩。

直线滚动导轨的安装形式可以水平、竖直或倾斜，可以两根或多根平行安装，也可以把两根或多根短导轨接长，以适应各种行程和用途的需要。采用直线滚动导轨副，可以简化机床导轨部分的设计、制造和装配工作。滚动导轨副安装基面的精度要求不太高，通常只要精铣或精刨。由于直线滚动导轨对误差有均化作用，安装基面的误差不会完全反映到滑座的运动上来，通常滑座的运动误差约为基面误差的1/3。

2）导轨及滑块座的固定 导轨和滑块座与侧基面靠上定位台阶后，应先从另一面顶紧，然后再固定。图8-50a为用紧定螺钉顶紧，然后再用螺钉固定；图8-50b为用楔块顶紧；图8-50c为用压板顶紧，也可在压板上再加紧固螺钉；图8-50d中导轨的侧基面是装配式，工艺性较好；图8-50e为在同一平面内平行安装两副导轨，该方法适用于有冲击和振动、精度要求较高的场合，数控机床滚动导轨的安装多数采用此办法。安装前，必须检查导轨是否有合格证，有无碰伤或锈蚀；将防锈油清洗干净，清除装配表面的毛刺、撞击突起物及污物等；检查装配联接部位的螺栓孔是否吻合，如果发生错位而强行拧入螺栓，将会降低运行精度。

图8-50 导轨及滑块座的固定方法

a）用紧固螺钉固定 b）用楔块和螺钉固定 c）用压板和螺钉固定 d）用定位销固定的装配式侧基准 e）在同一平面上平行安装两副导轨

导轨安装步骤如下：

①将导轨基准面紧靠机床装配表面的侧基面，对准螺钉孔，将导轨轻轻地用螺栓予以固定。

②上紧导轨侧面的顶紧装置，使导轨基准侧面紧紧贴靠床身的侧面。

滑块座安装步骤如下：

①将工作台置于滑块座的平面上，并对准安装螺钉孔，轻轻地压紧。

②拧紧基准侧滑块座侧面的压紧装置，使滑块座基准侧面紧紧贴靠工作台的侧基面。

③按对角线顺序，拧紧基准侧和非基准侧滑块座上各个螺钉。

安装完毕后，检查其全行程内运行是否轻便、灵活，有无打顿、阻滞现象，摩擦阻力在全行程内不应有明显的变化。达到上述要求后，检查工作台的运行直线度、平行度是否符合要求。

3.液体静压导轨

（1）液体静压导轨的基本原理

液体静压导轨是将具有一定压力的油液，经节流器输送到导轨面上的油腔中，形成承载油膜，将相互接触的导轨表面隔开，实现液体摩擦。这种导轨的摩擦因数小（一般为0.001～0.005），机械效率高，能长期保持导轨的导向精度；承载油膜有良好的吸振性，低速时不易产生爬行，所以在机床上得到日益广泛的应用。这种导轨的缺点是结构复杂，且需备置一套专门的供油系统，制造成本较高。另外，静压导轨的油膜厚度比较难以保持恒定。

按承载方式的不同，液体静压导轨可分为开式和闭式两种。图8-51a为开式液体静压导轨工作原理图：液压泵2起动后，油的压力p_s经节流器调节至p_r（油腔压力），油进入导轨油腔，并通过导轨间隙向外流回油箱8。油腔压力形成浮力，将运动部件6浮起，形成一定的导轨间隙h₀。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。开式液体静压导轨只能承受垂直方向的负载，不能承受颠覆力矩。

图8-51 液体静压导轨工作原理图

a）开式液体静压导轨工作原理图 b）闭式液体静压导轨工作原理图 1、4—过滤器 2—液压泵 3—溢流阀 5—节流器 6—运动部件 7—固定部件 8—油箱

图8-51b为闭式液体静压导轨工作原理图，p₁～p₆为油腔内各处压力。闭式液体静压导轨各方向导轨面上都开有油腔，所以它能承受较大的颠覆力矩，导轨刚度也较大。

另外，按供油方式分为恒压（即定压）供油和恒流（即定量）供油两种。用于静压导轨的油液，必须经10_μm精度的过滤器过滤后方可加入油箱中。使用过程中，必须始终保证油液清洁，以免影响静压系统正常使用或对机床导轨表面造成损伤。

（2）导轨间隙和节流形式

1）导轨间隙 静压导轨的间隙代表了润滑油膜的厚度。导轨的间隙越大，流量越大，则刚性减少，且导轨容易出现漂移；导轨的间隙小，流量也小，刚性增大。但是导轨间隙受到导轨几何精度、零部件刚性以及最小节流器最小尺寸的限制，所以导轨间隙不能取得太小。

对于中、小型机床和机械设备，空载时的导轨间隙一般取0.01～0.025mm；对于大型机床和机械设备，空载时的导轨间隙一般取0.03～0.08mm。

2）节流形式 液体静压导轨的节流形式与静压轴承基本相同，分定压式供油系统和定量式供油系统两种。在大型机床和机械设备中，采用定量式供油（即单腔单泵）可获得大的刚性，且载荷越大，刚性也越大，导轨油腔与泵之间直接连接，无需再串节流器。液体静压导轨常用的定压式供油系统的节流器有两种。

①毛细管节流器。毛细管节流器多采用节流长度可调整的螺旋槽结构，A为进油口，B为出油口，如图8-52所示。这是因为导轨各油腔压力往往大小不一，而进油压力p又要求一样，这就要使毛细管的节流长度能够在一定范围内调整，以适应各油腔的不同需要。

图8-52 可调毛细管节流器

为了结构紧凑，静压导轨常将多个毛细管组合，如图8-53所示。毛细管节流开式和闭式静压导轨多用于中、小型机床和机械设备，也适用于载荷变化范围不大的大型机床和机械设备。

②薄膜反馈节流器。薄膜反馈节流器的结构有单面和双面两种。双面薄膜反馈节流器结构同静压轴承完全一样，单面薄膜反馈节流器有节流间隙不可调整和节流间隙可调整两种，在节流间隙可调整地结构中，又有弹簧压紧薄膜和阀芯移动调整间隙两种。

单面薄膜反馈节流器多用于开式静压导轨，双面薄膜反馈节流器多用于闭式静压导轨。薄膜反馈节流静压导轨多用于载荷不均匀、偏载引起的颠覆力矩较大、载荷变化范围大的大型机床和机械设备。

导轨的每个油腔都应有节流器控制。对于开式V形导轨两侧相对应的油腔，应各自有节流器控制，才能承受正方向垂直载荷和水平方向载荷。

图8-53 组合式毛细管节流器

1—螺旋槽毛细管 2—进油管接头 3—油腔压力表座 4—节流阀 5—分配阀 6—供油压力表阀