数控机床导轨的选用
发布时间：2013-09-10覃学东 徐冠
（桂林航天工业高等专科学校，广西桂林 541004）
摘 要：文章分析了滑动导轨、静压导轨和滚动导轨的特点，对其装配难易、防撞性、经济性和可维修性进行了比较；认为尽管在数控机床高速发展的趋势下，滚动导轨应用越来越广泛，是机床发展的主流，并越来越多地取代滑动导轨，静压导轨由于结构复杂，制造成本高，一般极少采用，而滑动导轨具有其独特的优势，仍在中、低档数控机床广泛应用。
关键词：滑动导轨；静压导轨；滚动导轨；应用
机床的导轨形式常用滑动导轨，静压导轨和滚动导轨，回此用户在选购机床时常会提出这样的问题：机床采用何种导轨形式好?现在大多数用户在编写机床招标文件时，不看加工零件的精度如何、性能如何、特点如何，一味地在标书中规定投标机床必须采用直线滚动导轨且注明要用德国或日本产线轨，甚至点名要某某厂商的产品。机床销售商也在夸大直线导轨的优点，误导用户选型。对于何种形式的导轨好?我们应对它们进行方方面面的比较。
1 滑动导轨、静压导轨与滚动导轨的特点和经济性
导轨质量对机床刚度，加工精度和使用寿命具有很大的影响，作为机床进给系统的重要环节，不同类型的机床对导轨的要求不同，数控机床的导轨比普通机床的导轨要求要高。且希望其高速进给时不发生振动，低速进给时不出现爬行，灵敏度高。耐磨性好，可在重载下长期连续工作，精度保持性好等，这是机床制造厂设计机床和机床用户选用机床时，必须考虑的问题。下面对三种导轨形式进行比较：
1.1 滑动导轨在机床上应用的历史Z为久远，至今在各类机床产品上广为应用，尤其是普通机床，它往往采用铸铁件或镶钢导轨制成。为了提高导轨的耐磨寿命和精度，一般对导轨表面进行表面淬火及磨削加工，现代机床尤其是数控机床常用塑料滑动导轨。
塑料滑动导轨具有摩擦因数低，且动、静摩擦因数差值小，减振性好，具有良好的阻尼性，耐磨性好，有自润滑作用，塑料滑动导轨有铸铁表面淬火——塑料滑动导轨和镶钢——塑料导轨。塑料滑动导轨常用在导轨副的运动导轨上，与之相配的金属导轨采用铸铁或钢质材料。塑料导轨分为注塑导轨和贴塑导轨，导轨上的塑料常用环氧树脂耐磨涂料和聚四氟乙烯导轨软带。
注塑导轨。导轨注塑或抗磨涂层的材料是以环氧树脂和二硫化钼为基体，加入增塑剂，混合成膏状为一组分，固化剂为另一组分的双组分塑料。这种涂料附着力强，具有良好的可加工性，可经车、铣、刨、钻、磨削和刮削加工。也有良好的摩擦性和耐磨性，而且抗压强度比聚四氟乙烯导轨软带要高，固化时体积不收缩，尺寸稳定。特别是可在调整好固定导轨和运动导轨间的相关位置精度后注入涂料。可节省许多加工时间，特别适用于重型机床和不能用导轨软带的复杂配合型面。
贴塑导轨。在导轨滑动面上贴一层抗磨的塑料软带，与之相配的导轨滑动面经淬火和磨削加工。软带以聚四氟乙烯为基材，添加合金粉和氧化物制成。塑料软带可切成任意大小和形状，用胶粘剂粘贴在导轨基面上。由于这类导轨软带用粘贴方法，故称为贴塑导轨。
一般说来，滑动塑料导轨Z显著的特点是具有优良的刚性，吸振性（抑制刀具切削时产生的振动）和阻尼性（防止导轨系统启动或停止时的振动），适宜切削负载大的机床使用。且成本较低，经济实用。
1.2 静压导轨是将有一定压力的油液，通过节流器输送到导轨面的油腔中，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，从而使驱动功率大为降低。此外，静压导轨的运动不受速度和负载的限制，低速无爬行，承载能力大，刚度好；油液有吸振作用，导轨摩擦发热也小，其缺点是结构复杂，需配置一套专门的液压系统作为供油系统，油的清洁度要求高，成本高，故中小型的数控机床很少使用。
1.3 滚动导轨。滚动导轨的特点是：磨擦系数小，磨擦系数一般在0.0025～0.005的范围内，动、静摩擦系数基本相同，启动阻力小，不易产生冲击，低速运动稳定性好;定位精度高，运动平稳，微量移动准确，磨损小，精度保持性好，寿命长；抗振性差，对防护要求高，结构复杂，制造较困难，一般由专业厂制造，成本较高。
滚动导轨尤其是直线滚动导轨，这十几年被大量采用，随着数控机床高速化趋势的出现，而被应用得越广泛。与滑动导轨不同的是，由于滚动导轨采用了钢球或滚柱作为滚动体，其与导轨的接触特点为点接触或线接触，具有较小的摩擦系数。又由于滚动导轨在组装过程中施加了一定的预加负荷，有较好的导轨的阻尼特性，但这种阻尼特性较之传统滑动导轨的阻尼特性有一定差距。
直线滚动导轨与传统滑动导轨的较大的滑动接触面积比较，响应更迅速，快速移动速度更高，对复杂曲面工件的高速加工更有利。
2 三种导轨的装配难易、防撞性和可维修性
机床在制造过程中对导轨的精度要求很高，一般需要经验丰富的工人进行铲刮和调整。滑动导轨和静压导轨都需要配刮，技术要求高，劳动强度大，效率低。而直线导轨在连接件（底座、滑鞍、立柱）加工精度较好的情况下，可调整锁紧螺钉和侧面压板来调整精度，技术要求高，相对劳动强度较小，效率较高。
机床在长期的使用过程中一次冲撞也不发生几乎是不可能的，因而除产品设计时要对高速移动部件进行防撞击后可能出现的故障程度予以重点考虑。一般说来，如果机床移动部件发生冲撞，滚动导轨尤其是直线滚动导轨更容易受到损坏，其损坏形式主要是导轨系统中的滚动体及滚道的表面破损一旦损坏，用户自行修复的可能性极小，只有更换新的。而滑动导轨和静压导轨则有助于减少或减轻此类损坏，原因是它们的接触面积大承受冲击的能力较强。如若因冲撞造成导轨副方面的损坏，在现场条件下片修复的可能性也相对容易些。因为贴塑导轨是面接触，在运动副之间没有滚动体，它的阻尼比大于滚动导轨的阻尼比。
3 结论
总之无论是设计还是在选用数控机床都应该根据实际情况来选用导轨形式。高精尖产品宜采用直线导轨，大型重载机床且要求精度较高时可采用静压导轨，从经济实用机床刚性要求较高的角度看，应选用滑动导轨。
关键词：滑动导轨；静压导轨；滚动导轨；应用
机床的导轨形式常用滑动导轨，静压导轨和滚动导轨，回此用户在选购机床时常会提出这样的问题：机床采用何种导轨形式好?现在大多数用户在编写机床招标文件时，不看加工零件的精度如何、性能如何、特点如何，一味地在标书中规定投标机床必须采用直线滚动导轨且注明要用德国或日本产线轨，甚至点名要某某厂商的产品。机床销售商也在夸大直线导轨的优点，误导用户选型。对于何种形式的导轨好?我们应对它们进行方方面面的比较。
1 滑动导轨、静压导轨与滚动导轨的特点和经济性
导轨质量对机床刚度，加工精度和使用寿命具有很大的影响，作为机床进给系统的重要环节，不同类型的机床对导轨的要求不同，数控机床的导轨比普通机床的导轨要求要高。且希望其高速进给时不发生振动，低速进给时不出现爬行，灵敏度高。耐磨性好，可在重载下长期连续工作，精度保持性好等，这是机床制造厂设计机床和机床用户选用机床时，必须考虑的问题。下面对三种导轨形式进行比较：
1.1 滑动导轨在机床上应用的历史Z为久远，至今在各类机床产品上广为应用，尤其是普通机床，它往往采用铸铁件或镶钢导轨制成。为了提高导轨的耐磨寿命和精度，一般对导轨表面进行表面淬火及磨削加工，现代机床尤其是数控机床常用塑料滑动导轨。
塑料滑动导轨具有摩擦因数低，且动、静摩擦因数差值小，减振性好，具有良好的阻尼性，耐磨性好，有自润滑作用，塑料滑动导轨有铸铁表面淬火——塑料滑动导轨和镶钢——塑料导轨。塑料滑动导轨常用在导轨副的运动导轨上，与之相配的金属导轨采用铸铁或钢质材料。塑料导轨分为注塑导轨和贴塑导轨，导轨上的塑料常用环氧树脂耐磨涂料和聚四氟乙烯导轨软带。
注塑导轨。导轨注塑或抗磨涂层的材料是以环氧树脂和二硫化钼为基体，加入增塑剂，混合成膏状为一组分，固化剂为另一组分的双组分塑料。这种涂料附着力强，具有良好的可加工性，可经车、铣、刨、钻、磨削和刮削加工。也有良好的摩擦性和耐磨性，而且抗压强度比聚四氟乙烯导轨软带要高，固化时体积不收缩，尺寸稳定。特别是可在调整好固定导轨和运动导轨间的相关位置精度后注入涂料。可节省许多加工时间，特别适用于重型机床和不能用导轨软带的复杂配合型面。
贴塑导轨。在导轨滑动面上贴一层抗磨的塑料软带，与之相配的导轨滑动面经淬火和磨削加工。软带以聚四氟乙烯为基材，添加合金粉和氧化物制成。塑料软带可切成任意大小和形状，用胶粘剂粘贴在导轨基面上。由于这类导轨软带用粘贴方法，故称为贴塑导轨。
一般说来，滑动塑料导轨Z显著的特点是具有优良的刚性，吸振性（抑制刀具切削时产生的振动）和阻尼性（防止导轨系统启动或停止时的振动），适宜切削负载大的机床使用。且成本较低，经济实用。
1.2 静压导轨是将有一定压力的油液，通过节流器输送到导轨面的油腔中，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，从而使驱动功率大为降低。此外，静压导轨的运动不受速度和负载的限制，低速无爬行，承载能力大，刚度好；油液有吸振作用，导轨摩擦发热也小，其缺点是结构复杂，需配置一套专门的液压系统作为供油系统，油的清洁度要求高，成本高，故中小型的数控机床很少使用。
1.3 滚动导轨。滚动导轨的特点是：磨擦系数小，磨擦系数一般在0.0025～0.005的范围内，动、静摩擦系数基本相同，启动阻力小，不易产生冲击，低速运动稳定性好;定位精度高，运动平稳，微量移动准确，磨损小，精度保持性好，寿命长；抗振性差，对防护要求高，结构复杂，制造较困难，一般由专业厂制造，成本较高。
滚动导轨尤其是直线滚动导轨，这十几年被大量采用，随着数控机床高速化趋势的出现，而被应用得越广泛。与滑动导轨不同的是，由于滚动导轨采用了钢球或滚柱作为滚动体，其与导轨的接触特点为点接触或线接触，具有较小的摩擦系数。又由于滚动导轨在组装过程中施加了一定的预加负荷，有较好的导轨的阻尼特性，但这种阻尼特性较之传统滑动导轨的阻尼特性有一定差距。
直线滚动导轨与传统滑动导轨的较大的滑动接触面积比较，响应更迅速，快速移动速度更高，对复杂曲面工件的高速加工更有利。
2 三种导轨的装配难易、防撞性和可维修性
机床在制造过程中对导轨的精度要求很高，一般需要经验丰富的工人进行铲刮和调整。滑动导轨和静压导轨都需要配刮，技术要求高，劳动强度大，效率低。而直线导轨在连接件（底座、滑鞍、立柱）加工精度较好的情况下，可调整锁紧螺钉和侧面压板来调整精度，技术要求高，相对劳动强度较小，效率较高。
机床在长期的使用过程中一次冲撞也不发生几乎是不可能的，因而除产品设计时要对高速移动部件进行防撞击后可能出现的故障程度予以重点考虑。一般说来，如果机床移动部件发生冲撞，滚动导轨尤其是直线滚动导轨更容易受到损坏，其损坏形式主要是导轨系统中的滚动体及滚道的表面破损一旦损坏，用户自行修复的可能性极小，只有更换新的。而滑动导轨和静压导轨则有助于减少或减轻此类损坏，原因是它们的接触面积大承受冲击的能力较强。如若因冲撞造成导轨副方面的损坏，在现场条件下片修复的可能性也相对容易些。因为贴塑导轨是面接触，在运动副之间没有滚动体，它的阻尼比大于滚动导轨的阻尼比。
3 结论
总之无论是设计还是在选用数控机床都应该根据实际情况来选用导轨形式。高精尖产品宜采用直线导轨，大型重载机床且要求精度较高时可采用静压导轨，从经济实用机床刚性要求较高的角度看，应选用滑动导轨。
来源：《桂林航天工业高等专科学校学报》2004年第3期