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【经验分享】机械设计之导轨的结构布局及设计细节2022-08-03 01:44

  这篇文章主要和大家分享一下,直线导轨在设备中的结构布局和在设计过程需要注意的一些细节,因为我的经验大多局限在立式加工中心和数控龙门铣这一类的设备上,所以我的结构布置也会相应的以这几种类型的设备作为案例的谈他们的布局,虽然在设备的结构上与其它一些机床设备存在很大的差异,但是直线导轨的布局和设计注意事项应该是差不多的,一定有很多相通的地方。

  我采用的说明图纸,是我以前做过的产品的设计图纸,在设计结构上肯定是比较个人风格一些的,可能和很多这一行的设计工程师有不一样的地方,或者你们有更好的实现的结构和布局,比我的现在采用的结构更优化,更具推广和实用意义,所以对一些带有个人化特点的介绍,只供大家做一个设计方面的参考。

  那我们进入正题,首先依然是先看图纸,因为没有图纸的设计说明,简直就是不以结婚为目的的谈恋爱,那都叫耍流氓。

  这是一台立式加工中心的光机图纸,其中紫色线条部分就该加工中心的X、Y、Z三相直线导轨的布置位置,他们的功能就是实现该加工中心X、Y、Z三个方向的传动。其中X、Y两个方向是水平放置的,而Z向是垂直放置的,这个在直线导轨选型的时候,是需要和导轨供应商确认好放置方式的,你必须告诉供应商你的导轨是用于什么样的状态,是水平,还是垂直,或者是悬空等,供应商在给你做定型推荐的时候,他们也会根据你的使用情况来推荐给你最时候的直线导轨。

  再上一张图纸,我们从侧面来看一下,这X、Y、Z三个方面的导轨布局是一个什么样的情况。

  如果你是一个有相当经验的机械行业从业者,其实你是应该可以根据上面这两个图纸画出这个立式加工中心的大件图纸了,因为无论是改设备的结构,还是外形,这两张图纸都作了很好的呈现,尤其是一些细节也有了相对详细的描述。以上给你参考的是一个光机装配图,在一些细节上的表述我会在接下来的图纸里给大家介绍。我们今天抽取这个立式加工中心的底座来给大家介绍,下面还是要上图说话。

  以上这张图就是一个底座的直线导轨装配图,紫色的部分就是导轨的装配状态,在设计的过程中,需要注意的是导轨的跨度的选取,即两条导轨之间的距离,这在某种程度上决定了机床加工的刚性和稳定性,也决定了机床精度的稳定性,同时我们还需要考虑一个关键点,那就是润滑油的聚集与回收,因为这种类型的机床,直线导轨和丝杆都是采用润滑站进行定时定点润滑的,所以润滑后的废油如何收集是一个需要考虑的关键点,如果不作这方面的考虑,那机床在正常使用时,润滑油会四处横流,弄脏一地,这也是体现设计能力和工业水准的地方。

  同时我们还要考虑两条直线导轨上滑块的间距,这个间距的确定牵涉到直线导轨的长度的确定,滑块跨距+行程+适当的安全长度(我一般给20mm左右)=线轨的设计长度,线轨的长度的选取要尽量参考你所选定的线轨品牌的标准长度,因为这牵涉到一个成本的问题,如果你选择的是非标长度,供应商通常是从标准长度上割取你所需要的长度,但是浪费的部分你也是要付费的,而且还要付加工费,也就是说,你如果按他们的标准长度选可能会长一点点,而且价格还更便宜,这个是一个需要深入沟通,他们才会提醒你的技术点,因为对很多设计的人来说,通常是不愿意变更自己的设计长度的,因为这牵涉到一系列的尺寸变更和零件图的变更,是个很繁琐的事情,所有很多人都选择承受这部分多余的成本,但是对于一些有经验的设计工程师来说,在确定导轨长度前,就会与供应商沟通并确认对方的标准导轨长度,并尽量在设计的时候尽量往标准长度上靠取,这样既不用修改自己的设计,也可以最低成本和最快速度的采购到自己需要的直线导轨。

  导轨安装布局图,每条导轨都需要有基准面,在这个向的视图中,基准面包括两个,一个是水平基准面,一个是垂直基准面,这两个基准面的选取都需要按你选定的导轨规格尺寸来确认,以不干涉和接触面最大化为原则,同时滑块也存在基准面,但是两条导轨上的滑块的固定方式是不一样的。我们放一个放大图来看一下,首先我们看一下,基准滑块是如何定位和固定的。

  这个滑块有两个基准面,一个是水平的上平面,一个是垂直的小立面,外加一个带斜度的压块顶死滑块,这样的安装可以将滑块上的滑鞍最稳固的装配在直线导轨上,这根导轨就是我们这个方向的基准导轨。我们再来看一下另一根导轨的滑块的安装是怎么样的。

  这根导轨的滑块的定位面只有上平面,而没有垂直方向的小立面,这是因为装配导轨的底座和滑鞍的加工都是存在加工误差的,不可能满足到定位所有的基准面,所以这个面只能定位上平面,取消垂直面的定位,这样便于装配调整。在直线导轨的装配上,要注意一个点,那就是直线导轨的安装固定螺孔最好不要在零件加工的时候一起加工出来,而是应该留到装配现场进行配作,根据我们国内现在的零件加工精度和大的加工环境来说,要想保证固定孔到垂直基准面的距离是很难的,况且在做机床精度的时候还牵涉到某种程度的铲刮和返工,这就更可能导致固定孔到垂直基准面的距离偏离标准距离,从而导致直线导轨无法贴合基准面,那基准面以就没有作为基准的实际意义了,这会大大的影响导轨的装配精度。所以我给大家的建议是,直线导轨的固定孔最好是配作。

  下面我们来看一下,如何与直线导轨的供应商确认直线导轨的图纸,虽然直线导轨是一个外购的标准件,但是作为设计工程师,我么还是要按标准的零件图一样的出生产图纸,如下。

  ●1、确认导轨的型号和具体规格尺寸,便于厂家对导轨的确认,同时也是在和厂家进一步确认,这种导轨的型号是不是有新的变动,因为设计工程师手上的样本可能是几年前的样本,会存在某些规格型号更新的情况,而你还是按老的样本尺寸去做设计,如果是同型号采购的话,有可能回来的东西会装配不上,所以标准以下最基本的尺寸和厂家进行确认是非常有必要的。

  ●2、确认导轨的端头到第一个固定孔的距离,我们因为结构的局限性,并不是每次都能够选取到厂家导轨的标准长度的,虽然导轨上固定孔的孔距是标准的,但是最两端的孔到端头的距离还是由设计工程师来确定的,这个距离需要和对方确认,否则不一定会满足你的装配要求。

  ●3、要确认一个方向使用导轨的数量,是单条使用,还是两条使用,还是其它数量的导轨同时使用,同时要注明一条导轨上的滑块数量。

  ●4、确认导轨滑块的润滑点的方向和接头的朝向,这个在装配的时候就非常的关键了,如果你不确认下来,有可能你购买的导轨的润滑点并没有安装的空间,或者结构上实现不了油管的对接,这就是个很大的麻烦。

  ●5、确认导轨的基准面和滑块的基准面,这个跟设计工程师的具体设计布局有关系。

  这些只是我们设计工程师要做的工作,在你正式把图纸发给供应商后,你会受到一张这样的会审表:

  根据会审表上的各种参数,你必须根据你的实际情况,把这张会审表填好,并签字盖章,才能算是真正完成线轨的确认和采购。

  所以说,设计工作并不是单纯的一个人的事情,你需要有严谨的思维,灵活的执行,以及良好的沟通能力,才能真正把一个设计做到你自己的尽善尽美,我们也许做不到一百分,但是我们至少要做到自己的最好。