設（shè）計者在設計機床時，導軌的（de）設計形式是多種多（duō）樣的。人們不（bú）禁要（yào）問，哪一種導軌是最佳的。本文闡述的是各種導軌的比較和分析其不同的原因。 
      
      機床控製元件的運動實現（xiàn）了機床的精（jīng）密加工，這是手動工（gōng）具和機床的主要區別，下麵討論的是機床的控製元件之一——導（dǎo）軌係（xì）統。 
      
      機床製造者最關心的莫過於（yú）機床的精度，剛性和使用壽命。對導軌係統的（de）研究途徑是很不夠的，至少在機床製造技術（shù）方麵沒有把（bǎ）它放在重要的位置上，在機（jī）床（chuáng）樣本， 宣傳廣告上，最具有吸引力的技術（shù）參數是：主軸轉速（sù）、進給（gěi）速度、換刀（dāo）時間和快速進給速度。當然（rán），這些參數對機床（chuáng）的性能是很重要（yào）的。但導軌為機床功（gōng）能的實現奠 定了可靠的基礎。 
      
      各種類型的機床工作部件，都（dōu）是利用控製軸在指定的導軌（guǐ）上（shàng）運動，機床設計者根據機床的類型和用途選用各種不同形式的導軌係統，用得較為廣泛的（de）有下列三種；即 平麵導軌（guǐ）、直線滾動導軌和循環滾柱與平麵導軌的組合（hé）所構（gòu）成的（de）滾動體（tǐ）導軌。當然係統遠（yuǎn）不止上述三種形式，還有其它形式（shì）的導軌。
導軌的功能 
      
      盡管（guǎn）導軌係統的形式是多種多樣的，但工作性（xìng）質（zhì）都是相同的，機床工作部件在指定導軌係統上（shàng）移動（dòng），尤如火車沿著鐵軌在指定的方向（xiàng）上行（háng）駛。無論是（shì）機床導軌還是（shì）鐵路上的鐵（tiě）軌，都（dōu）是體現如下三種基本功能： 
     
(1)為承載體的運動導向 
     
(2)為承載體（tǐ）提供光滑的（de）運動表麵 
     
(3)把火車的運動或機床的切削所產（chǎn）生的力傳到地基或床身上，減少由此產生的衝（chōng）擊（jī）對乘客和被動加工零件的影響。 
      
      沿導軌係統的運動，大多數為直線運動，也有少數為弧線運動。本文討論的（de）重點是（shì）直線導軌係統。當然，直線導（dǎo）軌的很多技（jì）術可以直接應用弧形導軌。 
      
      導（dǎo）軌為什麽被稱為"係統"呢？這是因為導軌係統的工作包含著（zhe）若（ruò）幹元件的同時工作，最基本的元（yuán）件為一個運動元件（jiàn）和一（yī）個固定元件。運動元件的形式有多種 多樣，以後將予以詳細介紹，固定元件一般為道軌式，它是導（dǎo）軌（guǐ）精度的保證，如果導軌（guǐ）彎曲變形（xíng），運動元件或滑動元件便失去精確的導向。 
      
      機床製造廠都在盡最大的努力，確保導軌安裝的精確性。導軌被加工前。導軌和工（gōng）作部件（jiàn）都已經過時效處理。以消除內應（yīng）力。為（wéi）了保證導軌（guǐ）的精度和延長使用壽（shòu）命，刮研是一（yī）種常用的工藝方法。 
     
鑲鋼導軌 
      
      機床上最常用的導軌形式（shì）是鑲鋼導軌，它的使用已有很長（zhǎng）的曆史。鑲鋼導軌是導（dǎo）軌係統的固定元件，其（qí）截麵為矩形。它可水平裝（zhuāng）在機（jī）床的（de）床身上，也可（kě）以與床 身鑄成一體，分別被稱為（wéi）鑲鋼式或整（zhěng）體（tǐ）式。鑲鋼式導軌是由鋼製成（chéng）的，經（jīng）淬（cuì）硬和磨削。硬（yìng）度在洛氏硬度60度以上、把鑲鋼導軌用螺釘或粘結劑（環氧樹脂）貼在機 床床身或經刮研的立柱配合表麵上，確保導軌獲得最佳的平麵度。這（zhè）種（zhǒng）形式，維修更換方便、簡單，很受維修工人的（de）歡迎。 
      
      整體導軌或鑄造導軌，即鋼導軌與底座鑄成一體，加工（gōng）後再經精磨到要求的尺寸和光潔度。導（dǎo）軌必須經過火焰淬火提高（gāo）表麵硬度，以提高導軌的耐（nài）磨性。床身一般（bān）為球墨鑄鐵，當然球墨鑄鐵的硬度比不上鋼（gāng），整體導軌可以重新修理和淬硬（yìng），但更換它幾乎是（shì）不可能的。 
      
      為了實現（xiàn）上述的目的，機床製造者過去的通常做法是：鋼導軌的（de）邊緣設計有鉤形的"耳朵"，在澆鑄底座前（qián），把鋼導軌置於底（dǐ）座的鑄模（mó）內，再把鐵水（shuǐ）澆入（rù）鑄（zhù）模內，這樣便把鋼導軌與底座鑄成一體。 
     
滑動導軌 
      
      傳統導軌的發展，首先表現（xiàn）在滑動元件和導軌形式（shì）上，滑動導軌的（de）特點是導軌和滑動件之間使用了介質，形（xíng）式的不同在於選擇不同的介質。 
      
      液壓被廣泛用於許多導軌係統。靜壓導軌是其中的一種，液壓油在壓力（lì）作（zuò）用下，進（jìn）入滑動元件的溝槽，在導軌（guǐ）和滑動元件之間形（xíng）成油（yóu）膜，把導軌和移動元件隔 開，這（zhè）樣大大（dà）減少移動元件的摩擦力。靜壓導軌對大負荷是極其有效的，對偏心負荷有補償作用。例如：一個大型的砂（shā）型箱在加工時，正好走到（dào）機床行程（chéng）的末端，負 載導軌能夠增大油壓，使導軌準確地保持著水平負載的狀（zhuàng）態。有的臥式鏜（táng）銑床使用這種技術補償深孔加工時主（zhǔ）軸轉速的下降。 
      
      利用（yòng）油作為介質的（de）另一種導軌形式是動壓（yā）導（dǎo）軌，動壓導軌與靜（jìng）壓導軌（guǐ）的不同點是：油不是在壓力下起作用的，它利用油的（de）粘度來避免移動元件和導軌之間的直接接觸，優點是節省液壓油（yóu）泵。
     
 
圖1 
      
      空氣（qì）也可以用於移動元件和導軌之間的（de）介質，它也有兩種形式，氣動靜壓（yā）導軌和氣動動壓導軌，工作原理與液壓導軌相同。 

      使用（yòng）比較普（pǔ）通的（de）抗摩擦導軌，它是在移動元件上安裝一種抗摩擦材料(如聚氯乙烯或青銅混合材料等（děng）)，以替代液體介質，如油或空氣。其作用與（yǔ）液體（tǐ）介質相似，安（ān）裝在移動元件上的（de）抗（kàng）摩擦材料應（yīng）設計有油槽，滿足移動元件和導軌表麵之間油（yóu）潤滑或其它形式潤滑的需要。 

      眾所周知，平麵導軌和移動元件之間的接觸麵積（jī）比（bǐ）較大，移動元件要作快速微量進給．需要克服移動元件的慣量，因此將會產生爬行現象。當（dāng）滾珠絲杠或其（qí）它 驅動力推動移動元件移動時，產生一個輕微粘附（fù）阻力，移（yí）動元件開始運動（dòng）時，由於移動元件處於被抓住的狀態，出（chū）現了輕微的跳動，導致產生爬（pá）行，這（zhè）種現象對於大 的（de）移動影響不大（dà），而對於微量移動（dòng），就成為一個問題（tí）。 

      可調性是平麵導軌特有的優點，根據導軌的使用情況，平麵導軌係統（tǒng）至少有一個或一個（gè）以上（shàng）的可（kě）調邊。由於移動元件沿著直線導軌的側邊移動（dòng），保證移動元件 與導軌側麵緊密（mì）接觸是極為重要的。普遍（biàn）使用調整（zhěng）的方法是（shì）斜鐵，斜鐵位於移（yí）動元件和導（dǎo）軌接觸麵相對的側麵之間。形狀為錐形（xíng）條塊（kuài）角鐵，可以（yǐ）精確地調（diào）整，以（yǐ）消除 移動（dòng）部件和導軌（guǐ）之間的間隙。如果滑動（dòng）部件或導軌磨損，接觸表麵之間的間隙加大，可調整（zhěng）斜鐵進行補償。 
      
      機床製造廠已發明了斜鐵自動（dòng）調整的專利技術，它的基本原理是使斜鐵保持固定的彈簧（huáng）壓力，一旦導軌（guǐ）係統被磨損，斜鐵能自（zì）動地消除移動部（bù）件與導（dǎo）軌之間的（de）間隙。
     
 
圖2 
     
直線導軌 
      
      新的導軌係統使機（jī）床可獲得快速進給速度（dù），在主軸轉速相同（tóng）的情況下，快速進（jìn）給是直線導軌的特點。直線導軌與（yǔ）平麵導軌一樣，有（yǒu）兩個基本元件；一個作為導 向的為固（gù）定元件，另一個（gè）是移動元件。由於直線導軌（guǐ）是標準部件，對機床製造（zào）廠來說．唯一要做的隻是加工一個安（ān）裝導軌的平（píng）麵和校調導軌的平行度。當然，為了保 證機床的精度，床身或立柱少（shǎo）量的刮研是必不可少（shǎo）的，在多數情況下，安裝（zhuāng）是比較（jiào）簡單的。 
      
      作為導（dǎo）向（xiàng）的導軌為淬硬鋼，經精磨後置於安裝平（píng）麵上。與平 麵導軌比較，直線導軌橫截（jié）麵的幾何形（xíng）狀，比平麵（miàn）導軌複雜，複雜的原因是因為導軌上需要加工出溝槽（cáo），以利（lì）於滑動元件的移動，溝槽的形狀和數量，取決於機床要 完成的功能。例如：一個既（jì）承受直線作用力，又承受顛覆力矩的導軌係統，與僅承受直線作用力的導軌（guǐ）相比．設計上有很大的不同。 
      
      直（zhí）線導軌的移動元件和固定元件之間不用中間介質，而用滾動鋼球。因為滾動鋼球適應於高速運動、摩擦係數小、靈敏度高，滿足運動（dòng）部件的（de）工作要求，如機 床的刀架，拖板等。直線導軌係統的固定元件(導軌)的基本功（gōng）能如同軸承環，安裝鋼球的支架，形（xíng）狀為"v"字形。支架包裹著導軌的頂部和兩側麵。為了支撐機 床（chuáng）的工作部件，一套直線導軌（guǐ）至少有四個支架。用於支（zhī）撐大（dà）型的工作部件，支架的數量可以多於四個。 
      
      機床的工（gōng）作部件移動時，鋼球就在支架溝槽中循環（huán）流動，把支架的磨損量分攤到各個鋼球上，從而延長直線導軌的使用壽命（mìng）。為了消除支架與導軌之間的間 隙，預加負載（zǎi）能提高導軌係統的穩定性，預加負荷的獲得．是在導軌和支（zhī）架之間（jiān）安裝超尺寸的鋼球。鋼球直徑公差為±20微米（mǐ），以0.5微米為增量，將鋼球篩（shāi）選 分類，分（fèn）別裝到導（dǎo）軌上，預加負載的大小，取決（jué）於作用在鋼（gāng）球上的作用力。如（rú）果作用在（zài）鋼（gāng）球上的作用力太大，鋼球經受預加負荷時間過長，導致支架（jià）運動阻力增大。 這裏就有一個（gè）平（píng）衡作用問題；為了提高係統（tǒng）的靈（líng）敏度（dù），減（jiǎn）少運動阻力，相應地要減（jiǎn）少預加負荷，而為了提高運動精度和精度（dù）的保持（chí）性（xìng），要求有足（zú）夠的預加負數，這是 矛盾的兩方麵（miàn）。 
      
      工作時間過（guò）長，鋼球開始磨損，作用在鋼球上的預加負（fù）載開始減弱，導致機床工作部件運動精度的降（jiàng）低。如果要保持初始精度，必須更換導軌支架，甚至更換導軌。如（rú）果導軌係統已有預加負載作用。係統精度已喪失（shī），唯一的方（fāng）法是更換滾動元件。 
      
      導軌（guǐ）係統的設計，力求固定元件和移動元件（jiàn）之間有最大的接觸麵積，這不但（dàn）能提高係統的承載能力，而且係統能（néng）承受間歇切削或重力切削產生的衝擊力，把作 用力廣（guǎng）泛（fàn）擴散（sàn），擴（kuò）大承受力的麵積。為了實現這一點，導軌係統的溝槽形狀（zhuàng）有多種多樣，具有代表（biǎo）性（xìng）的有兩種，一種稱為哥待式(尖拱式)，形狀（zhuàng）是半園的延伸，接 觸點為頂（dǐng）點；另一種為園弧形，同樣能起相同的作用（yòng）。無論哪一種結（jié）構形式，目的隻有（yǒu）一個，力求更多的滾動鋼球半徑與導軌接觸(固（gù）定元件)。決定係統性能特點 的因素是：滾動（dòng）元件怎樣與導軌接（jiē）觸（chù），這是問題的關鍵。
     
 
圖3 
     
直線滾柱（zhù）導軌 
      
      直線滾柱導軌係統是平麵導軌與直線滾柱導軌的組合，用滾柱安裝在平行導軌上，用滾柱代鋼球承載機床的運動部件。優點是接觸麵積（jī）大、承載負荷大、靈敏 度高。從床身尾部看，支架與滾柱置於平麵導軌的頂麵和側麵，為了獲得高精度，在（zài）機（jī）床（chuáng）工作部件（jiàn）和支架內麵之間，設置一塊楔板，使預加負載作用於支架的側麵。 楔板的工作原理與斜鐵相似，工作部件（jiàn）的重量作（zuò）用於支（zhī）架的頂麵（miàn）。由於（yú）作用（yòng）在導軌係（xì）統上的預加負荷是可調的，為此楔板的損失得到補償，這一特點被廣泛用於中型 或大型機床上，因為它對CNC指令（lìng）反應靈敏，承受負荷大（dà），直線滾柱導軌係統比（bǐ）傳統的平麵導機能（néng）經受高速運轉，改善機床（chuáng）的性能。

其它形式的導軌 
      
      機床上（shàng）常用的另（lìng）一種導軌形式是燕尾槽導軌（guǐ），一般用於機床運動部件的定位。例（lì）如：車削中心的尾架，導軌係統可以（yǐ）使尾（wěi）架（jià）在（zài）上麵（miàn）移動（dòng）或者移到要求的位置（zhì）去 支承被加工零件，然後迅速夾緊。機床很多附件，如定（dìng）位工作台、回轉工作（zuò）台或（huò）旋（xuán）轉軸等，也采用燕尾槽導軌作為定位元（yuán）件。然後夾緊在要求的位（wèi）置上。如果機床往 複行（háng）程較長，則采用V型導軟，如平麵磨床和刨床等。優點是（shì）V型（xíng）導軌係統導向性好，能（néng）承受重（chóng）力切削。有的采用V型導軌和平麵導軌相結合的形式，V型導軌作為 導（dǎo）向，平麵導軌作為（wéi）支承體。
     
 
圖（tú）4 
      
      為了保證導軌係統的壽命。維修是很關鍵的。導軌是機床的精密部件之一，不可（kě）能（néng）100%有防（fáng）塵保護，灰塵汙染大。因此、用戶要定期檢（jiǎn）查、維護。液壓平 麵導軌一般為自身潤滑，介質本身就是潤滑劑。直線（xiàn）導軌和直線滾柱導柱則要求定期潤滑，很多直線導軌係統的鋼球（qiú）和滾柱部分都安裝有油脂（zhī）接頭與支架相連接。有 的用導（dǎo）管連接，使油脂潤滑更方（fāng）便，有的備有自（zì）動潤滑附件。無論采用（yòng）什麽形式的導軌係統，保持滾動元件的良好潤滑，能減少導軌係統的磨損（sǔn），延長機床精度的保持（chí）時間。