（一）导轨的分类、特点和基本要求
机电一体化产品要求其机械系统的各运动机构必须得到可靠的支承，并能准确地 完成其特定方向的运动。这个任务由导向机构来完成。机电一体化产品的导向机构是 导轨，其作用是支承和导向。
! " 导轨的分类和特点
一副导轨主要由两部分组成，在工作时一部分固定不动，称为支承导轨（或导轨），
另一部分相对支承导轨作直线或回转运动，称为动导轨（或滑座）。根据导轨副（简称导 轨）之间的摩擦情况，导轨分为滑动导轨和滚动导轨。
（!）滑动导轨。两导轨工作面的摩擦性质为滑动摩擦。其结构如图 ! # $ # %& 所 示，其中图 ! # $ # %&（’）为普遍导轨，图 ! # $ # %&（(）为液体静压导轨。滑动导轨结构 简单，制造方便，刚度好，抗振性高，是机械产品中最广泛使用的导轨形式。为减小磨 损，提高定位精度，改善摩擦特性，通常选用合适的导轨材料，采用适当的热处理和加工 方法，如采用优质铸铁，合金耐磨铸铁或镶淬火钢导轨，采用导轨表面滚轧强化，表面淬 硬、涂铬、涂钼等方法提高导轨的耐磨性。另外采用新型工程塑料可满足导轨低摩擦、
耐磨、无爬行的要求。
图 ! # $ # %& 滑动导轨结构示意图
（%）滚动导轨。两导轨表面之间为滚动摩擦，导向面之间放置滚珠、滚柱或滚针等 滚动体来实现两导轨无滑动地相对运动。这种导轨磨损小，寿命长，定位精度高，灵敏 度高，运动平稳可靠，但结构复杂，几何精度要求高，抗振性较差，防护要求高，制造困 难，成本高。它适用于工作部件要求移动均匀、动作灵敏以及定位精度高的场合，因此 在高精密的机电一体化产品中应用广泛。
% " 对导轨的基本要求
（!）导向精度。导向精度主要是指动导轨沿支承导轨运动的直线度或圆度。影响 它的因素有：导轨的几何精度、接触精度、结构形式、刚度、热变形、装配质量以及液体动 压和静压导轨的油膜厚度、油膜刚度等。
（%）耐磨性。是指导轨在长期使用过程中能否保持一定的导向精度。因导轨在工 作过程中难免有所磨损，所以应力求减少磨损量，并在磨损后能自动补偿或便于调整。
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（!）疲劳和压溃。导轨面由于过载或接触应力不均匀而使导轨表面产生弹性变形，
前者的运动摩擦和对安装基准的误差平均作用比后者要小，但其静刚度比后者稍差。
图 ! " # " $% 滚动直线导轨的滚动体形式
图 ! " # " $& 滚动直线导轨的截面形式 图 ! " # " $’ 滚动直线导轨沟槽形式
( ) 滚动直线导轨的有关计算
（!）额定动载荷 !"。额定动载荷是指滚动直线导轨的额定长度寿命 #$* +,-.
时，作用在滑座上大小和方向均不变化的载荷。其值可按下式计算：
!"* !!! ) +& %$ ) !/ &0(,! ’$( 式中：%/———钢球直径（..）；
&$———滑座有效长度（..）；
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!———有效接触的钢球数；
表 ! " # " $ 温度系数
这种导轨运动轻便、灵活、精度高，价格较低，维护方便，更换容易。但因导套副之 间为点接触，所以常用于轻载移动、输送系统。
图 ! " # " $% 滚动直线导轨的选择程度
图 ! " # " &’ 圆柱形滚动直线导套副
!—负载滚珠； $—返回滚珠； &—保持架； #—外套筒； (—挡圈； )—导轨轴
（$）滚珠花键副。如图 ! " # " &! 所示，花键轴的外圈均匀分布 & 条凸起轨道，分别 放置 !$ 条滚珠列，其中 ) 条用于负载，) 条用于滚珠循环退出。当花键沿花键轴做直 线运动时，滚珠在滚道和保持架内的通道内循环，并可自动定心。外筒两端装有橡皮密 封垫防尘，其上开键槽用以与其他传动件联接，通过油孔润滑减少花键副的磨损。
另外花键与花键轴间通过滚珠还可以传递一定的转矩，当花键承受载荷相对花键 轴转动时，) 条负荷滚珠列中的 & 条可自动定心，并传递转矩，另 & 条则不承受负载；反 转时，另 & 条承载并自动定心。可通过选配滚珠的直径使滚珠花键副内产生过盈，即预 加载荷，以提高接触刚度，运动精度和抗冲击能力。所以滚珠花键副既可作为高速运动
（可达 )’* + *,-）机构的导轨，又可用于传递转矩的传动机构，在机电一体化产品中广泛
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应用。
图 ! " # " $! 滚珠花键副
（三）塑料导轨
近年来由于新型工程材料的出现，导轨的选材已不仅仅局限于金属材料及对金属 材料的加工上。现在各种塑料导轨制品已纷纷涌现，并形成各种系列，这不仅降低了导 轨的生产成本，而且提高了导轨的抗振性、耐磨性、低速运动平稳性。下面介绍几种在 国内外应用广泛的塑料导轨及其使用方法。
! % 塑料导轨软带
这种导轨软带的材料以聚四氟乙烯为基体，加入青铜粉、二硫化钼和石墨等填充剂 混合烧结，并做成软带状。目前同类产品常用的有美国的 &’()*(+ 公司的 ,-./012 " 3 和我国广州的 ,&4 等。各类产品的性能指标见表 ! " # " 5。
表 ! " # " 5 导轨软带主要技术性能表
技 术 性 能 ,-./012 " 3 ,&4 国内外其他产品
摩擦系数 6 7 689 6 7 6:9 6 7 6!5 ; 6 7 6#
压缩永久变形率（ <） ! 7 6（$=>(）6 7 9（$=>(） ? ! 7 6（!6=>(）
磨损系数［/)$・)0+（=>(・)・’）" !］ 8 7 5 @ !6" !69 7 8 @ !6" !6? 6766$)) A 86B)（!7:=>( @ !6)A )0+）
极限 !" 值（=>(・)・)0+" !） :$ $6 $6 ; $C
抗拉强度（ =>(） !# 7 ! !# 7 ! !$ ; ::
硬度（D3&） C 7 :E C 7 :E 8 ; !6
相对密度 $ : 7 C : 7 ! ; $ 7 !
膨胀系数［/)・（/)・F）" !］ !! @ !6" 9 C 7 5 @ !6" 9 ? C 7 5 @ !6" 9 比磨损率［))（ =>(・B)）$ " !］ !! @ !6" 8 C 7 # @ !6" 8
老化后抗拉强度（ =>(） !$ 7 C（露天
老化 $ 年）
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技 术 性 能 !"#$%&’ ( ) !*+ 国内外其他产品
工作温度 ,- . /（ 0
( 1234 全 损 耗 系 统 用 油 ,567 老 化 一 星期）
( 8,- 9 : 8467
（,）塑料导轨软带的特点。
!摩擦系数低而稳定。其摩擦系数比铸铁导轨低一个数量级。
"动静摩擦系数相近。其低速运动平稳性较铸铁导轨好。
#吸收振动。由于材料良好的阻尼性，其抗振性优于接触刚度较低的滚动导轨和 易漂浮的液体静压导轨。
$耐磨性好。由于材料自身的润滑作用，因而即使无润滑也能工作。
%化学稳定性好。耐高低温，耐强酸强碱、强氧化剂及各种有机溶剂。
&维护修理方便。导轨软带使用方便，磨损后更换容易。
’经济性好。结构简单、成本低，约为滚动导轨成本的 , ; 86、三层复合材料 <= 导 轨板成本的 , ; 3。
（8）塑料导轨软带的使用。
图 , ( 3 ( 58 所示为某加工中心工作台的横剖面图。其中作为移动部件的工作台 导轨各面（包括下压板和镶条）都粘有塑料导轨软带。
图 , ( 3 ( 58 工作台和滑座横剖面图
,—床身； 8—工作台； 5—粘有导轨软带的镶条； 3—导轨软带； /—下压板
塑料导轨软带的粘接方法简单，通常采用粘接材料将其贴在所需处作为导轨表面，
如图 , ( 3 ( 55 所示。软带的粘接操作如下：
!切制软带。按导轨面的几何尺寸放出适当余量切制。
"清洗软带。用汽油或丙酮等清洁剂将软带清洗干净。
8 — 5
— ,
图 ! " # " $$ 塑料导轨软带的粘接
!软带表面处理。软带材料一般具有不可粘性，要用生产厂指定的表面处理剂配 成溶液浸泡软带使其表面产生可粘性，然后再清洗、干燥。
"被粘表面的准备。把被粘的金属表面粗糙度加工到 %&为 $ ’ ( ) ! ’ *#+ 和相应 的表面精度，且清洗干净。
$软带粘贴。用生产厂指定的配套胶粘剂以一定厚度均匀涂布在软带和被粘表 面，然后将软带粘上，并要求胶层与软带间无气泡。
%加压固化。在压力 , ’ ! ) , ’ !-. /&，温度 !, ) $,0下经 (#1 固化。
&检查粘接质量。观察表面是否合乎要求。用小木锤轻敲整个软带表面，若敲打 的声响音调一致，表明粘接质量良好。
’配合表面加工至配合精度要求，开油槽。
( ’ 金属塑料复合导轨板
如图 ! " # " $# 所示，该导轨板分为三层，内层钢背保证导轨板的机械强度和承载 能力。钢背上镀铜烧结球形青铜粉或者铜丝网形成多孔中间层，以提高导轨板的导热 性，然后用真空浸渍的方法使塑料进入孔或网中。当青铜与配合面摩擦发热时，由于塑 料的热胀系数远大于金属，因而塑料将从多孔层的孔隙中挤出，向摩擦表面转移补充，
形成厚约 , ’ ,! ) , ’ ,-++ 的表面自润滑塑料层———外层。
图 ! " # " $# 金属塑料复合导轨板
这种复合导轨板以英国 23&4567 公司的 89 和 8: 最有代表性。我国北京机床研究 所研制的 ;< " ! 复合导轨板及江苏、浙江、辽宁生产的导轨板与国外产品性能类似。
金属塑料导轨板的特点是摩擦特性优良，耐磨损。
图 ! " # " $- 所示为金属塑料导轨板的两个应用实例。金属塑料导轨板也采用粘
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接的方法安装在动导轨表面上。
! " 塑料涂层
摩擦副的两配对表面中，若只有一个摩擦面磨损严重，则可把磨损部分切除，涂敷 配制好的胶状塑料涂层，利用模具或另一摩擦表面使涂层成形，固化后的塑料涂层即成 为摩擦副中配对面之一，与另一金属配对面组成新的摩擦副，利用高分子材料的性能特 点，得到良好的工作状态。此法不但用于机械设备中导轨、滑动轴承、蜗杆、齿条等各种 摩擦副的修理，也可用于设备改装中改善导轨运动特性，特别是低速运动平稳性，还可 用于新产品设计。图 # $ % $ !& 所示为 ’()(*! $ # 型卧式镗铣加工中心床身和移动 立柱两导轨间的楔铁面，在调整好精度后，注入塑料涂层材料，免去了大量刮研工作量。
图 # $ % $ !+ 金属塑料导轨板应用实例 图 # $ % $ !& 楔铁结构示意图
#—涂料注入孔；,—橡胶挡圈；!—注入的涂层材料；%—楔 铁紧定螺钉；+—楔铁调整螺钉；&—楔铁；-—滚动块