機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)3-機(jī)床主要部件設(shè)計(jì)課件

2022年12月23日機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)

模塊三機(jī)床主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2022年12月17日機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)模塊三機(jī)床主要

模塊三機(jī)床主要部件設(shè)計(jì)模塊三機(jī)床主要部件設(shè)計(jì)組成機(jī)床的部件很多，本模塊僅就其比較重要的部件如主軸部件、支承部件和導(dǎo)軌等的結(jié)構(gòu)、作用及設(shè)計(jì)的敏感性問(wèn)題進(jìn)行介紹。組成機(jī)床的部件很多，本模塊僅就其比較重要的部件項(xiàng)目一主軸部件的設(shè)計(jì)

主軸組件包括主軸、支承軸承、傳動(dòng)件、定位元件、密封件。功用

支承并帶動(dòng)工件或刀具旋轉(zhuǎn)進(jìn)行切削；承受切削力和驅(qū)動(dòng)力，完成表面成形運(yùn)動(dòng)。

項(xiàng)目一主軸部件的設(shè)計(jì)

主軸組件包括主軸、支承軸承、傳動(dòng)

任務(wù)一主軸部件的性能要求及傳動(dòng)方式基本要求旋轉(zhuǎn)精度剛度抗振性溫升和熱變性精度保持性任務(wù)一主軸部件的性能要求及傳動(dòng)方１.旋轉(zhuǎn)精度旋轉(zhuǎn)精度指主軸裝配后，在空載、低速轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下，安裝刀具或工件的主軸部位的徑向跳動(dòng)和軸向跳動(dòng)。旋轉(zhuǎn)精度取決于主軸、軸承、箱體孔的制造、裝配和調(diào)整精度。

主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度直接影響工件的加工精度。１.旋轉(zhuǎn)精度旋轉(zhuǎn)精度指主軸裝配后，在空載、低速

剛度

指主軸組件在外載荷作用下抵抗變形的能力。

2.剛度

剛度的量化以主軸前端產(chǎn)生單位位移的彈性變形時(shí)，在位移方向所施加的作用力大小來(lái)表示。當(dāng)主軸外伸端受徑向作用力F，主軸受力方向上的彈性位移為δ時(shí)，其剛度K

的表達(dá)式為剛度指主軸組件在外載荷作用下抵抗變形的能力。主軸主件的剛度不足直接影響零件的加工精度和機(jī)床的性能（2）動(dòng)剛度

主軸組件在交變載荷作用下抵抗變形的能力，表示為

Kd=Fd/δd。（1）靜剛度

主軸組件在靜載荷作用下抵抗變形的能力，表示為

Kj=Fj/δj。主軸組件的剛度受主軸的尺寸和形狀，滾動(dòng)軸承的類(lèi)型、數(shù)量、預(yù)緊和配置形式，傳動(dòng)件的布置方式，主軸組件的制造精度和裝配質(zhì)量等因素影響。主軸主件的剛度不足直接影響零件的加工精度和機(jī)床的性在切削過(guò)程中，主軸部件受到靜態(tài)力的作用，也受到?jīng)_擊力和交變力的作用而產(chǎn)生振動(dòng)。沖擊力和交變力是由材料硬度不均勻、加工余量的變化、斷續(xù)切削、主軸部件不平衡、軸承或齒輪存在缺陷以及切削過(guò)程中的顫振等引起。

抗振性

是指機(jī)床在額定載荷切削時(shí)，主軸組件抵抗受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)的能力。

3.抗振性主軸振動(dòng)直接影響工件的表面加工質(zhì)量和刀具的使用壽命，并產(chǎn)生噪聲。在切削過(guò)程中，主軸部件受到靜態(tài)力的作用，也受到

熱變形

是主軸組件運(yùn)動(dòng)時(shí)，各相對(duì)運(yùn)動(dòng)處的摩擦，切削區(qū)的切削熱等使主軸組件的溫度升高，造成形狀、尺寸及位置變化。

4.溫升和熱變形熱變形會(huì)引起軸承間隙變化，潤(rùn)滑油粘度降低，影響主軸部件的工作性能，降低加工精度。熱變形是主軸組件運(yùn)動(dòng)時(shí)，各相對(duì)運(yùn)動(dòng)處的摩擦，切削區(qū)精度保持性影響機(jī)床使用壽命內(nèi)的加工精度和工作穩(wěn)定性。

精度保持性

指主軸組件長(zhǎng)期保持其原始制造精度的能力。

5.精度保持性

精度保持性決定于主軸組件的耐磨性能。影響耐磨性的因素有主軸、軸承的材料、熱處理方法、軸承類(lèi)型及潤(rùn)滑防護(hù)措施等。明確：主軸組件喪失原始制造精度的原因——磨損。如主軸軸承、主軸軸頸表面、裝夾工件或刀具的定位表面的磨損。精度保持性影響機(jī)床使用壽命內(nèi)的加工精度

1.傳動(dòng)方式

（1）齒輪傳動(dòng)

輪齒的嚙合傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊；能傳遞較大的扭矩，適應(yīng)變轉(zhuǎn)速、變載荷工作。

不足：線速度需<12~15m/s，且不如帶傳動(dòng)平穩(wěn)。（2）帶傳動(dòng)

靠摩擦力傳遞動(dòng)力。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，皮帶有彈性可吸振，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲??；過(guò)載時(shí)打滑，具有過(guò)載保護(hù)作用。適用于中心距較大的兩軸間傳動(dòng)。

不足：傳動(dòng)速比不夠準(zhǔn)確。

二、主軸組件的傳動(dòng)方式及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、同步齒形帶傳動(dòng)、電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)1.傳動(dòng)方式（1）齒輪傳動(dòng)輪齒的（4）電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)對(duì)于轉(zhuǎn)速小于3000r/min的主軸，采用異步電動(dòng)機(jī)和聯(lián)軸器直接驅(qū)動(dòng)主軸。如高速內(nèi)圓磨床的磨頭。

對(duì)于轉(zhuǎn)速小于8000r/min的軸，采用變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。此傳動(dòng)無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，傳動(dòng)比大且準(zhǔn)確，傳動(dòng)精度高；可傳遞較大動(dòng)力，傳動(dòng)平穩(wěn)；不需特別張緊，對(duì)軸和軸承壓力小，傳動(dòng)效率高；不需潤(rùn)滑，耐腐蝕，耐高溫。

不足：制造工藝復(fù)雜，安裝條件高。

（3）同步齒形帶傳動(dòng)通過(guò)帶上的齒與帶輪上的輪齒傳遞傳動(dòng)（4）電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)此傳動(dòng)無(wú)相對(duì)滑動(dòng)三支承方式對(duì)三支承孔的同心度要求較高，制造裝配較復(fù)雜。要求“主”支承應(yīng)該消除間隙或預(yù)緊，“輔助”支承應(yīng)保留一定的徑向間隙或選用較大游隙的軸承。以免發(fā)生干涉，惡化主軸的工作性能，使空載功率大幅度上升和軸承溫升過(guò)高。（1）主軸的支承數(shù)目

2）三個(gè)支承

①前、后支承為主要支承，中間支承為輔助支承；②前、中支承為主要支承，后支承為輔助支承。

1）前、后兩個(gè)支承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，應(yīng)用廣泛。為提高剛度，前后支承應(yīng)消除間隙或預(yù)緊。

2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三支承方式對(duì)三支承孔的同心度要求較高，制造裝配

①前端配置（前端定位）指推力軸承布置在前支承處。該配置在前支承處軸承較多，發(fā)熱大，溫升高，但主軸受熱后向后伸長(zhǎng)，不影響軸向精度，精度高。用于軸向精度和剛度要求較高的高精度機(jī)床或數(shù)控機(jī)床。主軸軸向定位指為使主軸具有足夠的軸向剛度和軸向位置精度，推力軸承在主軸前后支承的配置形式。它影響主軸的剛度、熱變形方向和大小。（2）主軸軸向定位①前端配置（前端定位）指推力軸承布置在前支承處。

②后端配置（后端定位）推力軸承布置在后支承處。主軸前支承處軸承較少，發(fā)熱少，溫升低；但主軸受熱后向前伸長(zhǎng)，影響軸向精度。常用于軸向精度要求不高的普通機(jī)床，如立銑、多刀車(chē)床。

③兩端配置（兩端定位）推力軸承布置在前后兩個(gè)支承處。主軸受熱伸長(zhǎng)后，影響主軸軸承的軸向間隙。故需采用彈簧消除間隙和補(bǔ)償熱變形。常用于較短主軸或軸向間隙變化不影響正常工作的機(jī)床。如組合機(jī)床主軸。②后端配置（后端定位）推力軸承布置在后支承處。

布置原則

應(yīng)使由傳動(dòng)力引起的主軸彎曲變形小，引起主軸前端在影響加工精度的敏感方向上的位移小。

方法傳動(dòng)件軸向布置盡量靠近前支承，有多個(gè)傳動(dòng)件時(shí)，最大傳動(dòng)件應(yīng)靠近前端。

傳動(dòng)件在前支承內(nèi)側(cè)齒輪在兩支承中間靠近前支承。前支承直徑大，剛度高，大齒輪靠前可減少主軸的彎曲變形，而且轉(zhuǎn)矩傳遞長(zhǎng)度短，扭轉(zhuǎn)變形小，使用最普遍。（3）傳動(dòng)件的軸向布置布置原則應(yīng)使由傳動(dòng)力引起的主軸彎曲變形小，引

傳動(dòng)件在前支承外側(cè)齒輪在主軸的前懸伸端，用于具有大轉(zhuǎn)盤(pán)的機(jī)床，如:立式車(chē)床、鏜床。

傳動(dòng)件在后支承外側(cè)

傳動(dòng)件放在主軸的后懸伸端，使前后支承獲得較好的支承跨距。多用于主軸的帶傳動(dòng)。使更換傳動(dòng)帶方便，防止油液的侵蝕。傳動(dòng)件在前支承外側(cè)齒輪在主軸的前懸伸端，用于具有

3.主軸前端懸伸量a

取決于主軸端部的結(jié)構(gòu)、前支承軸承的配置和密封裝置的型式和尺寸。在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下，盡量縮短懸伸量a

。

1.前支承軸頸D1主軸直徑越大其剛度越大，主軸組件尺寸越大。在保證主軸組件剛度的同時(shí)，盡量減小軸頸D1的尺寸。五、主軸主要尺寸參數(shù)的確定

2.主軸內(nèi)孔直徑d

內(nèi)孔直徑d與主軸的用途有關(guān)。在保證主軸剛度的同時(shí)，參考主軸直徑和刀桿直徑確定d。3.主軸前端懸伸量a取決于主軸端部的結(jié)構(gòu)、跨距L減小時(shí)，主軸彎曲變形較小，但支承變形又引起主軸前端的位移量增大；跨距L增大時(shí)，主軸彎曲變形也增大，也會(huì)引起主軸前端較大的位移。通常參考值為

L≥(2~3.5)a設(shè)計(jì)時(shí)，要確定一個(gè)最佳支承垮距L，使主軸彎曲變形和支承變形引起的主軸前端總位移量最小。4.主軸支承間垮距L垮距的大小影響主軸彎曲和前端位移量。跨距L減小時(shí)，主軸彎曲變形較小，但支承變形又引起三、主軸滾動(dòng)軸承

◆

滾動(dòng)軸承能在轉(zhuǎn)速和載荷變化幅度很大的條件下穩(wěn)定工作。

◆

滾動(dòng)軸承能在無(wú)間隙，甚至在預(yù)緊（有一定過(guò)盈量）的條件下工作。故滾動(dòng)軸承的摩擦系數(shù)小，有利于減小發(fā)熱。

1.滾動(dòng)軸承的特點(diǎn)

◆

滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑容易，可以用油脂，一次填裝可用到修理時(shí)再換脂。如用油潤(rùn)滑，單位時(shí)間用油量也比滑動(dòng)軸承少。

◆滾動(dòng)軸承由軸承廠生產(chǎn)，質(zhì)量穩(wěn)定，成本低，經(jīng)濟(jì)性好。滾動(dòng)軸承的缺點(diǎn)：滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體數(shù)量有限，其徑向剛度是變化的，易引起振動(dòng)，阻尼低，振幅較大。滾動(dòng)軸承的徑向尺寸比滑動(dòng)軸承大。三、主軸滾動(dòng)軸承◆滾動(dòng)軸承能在轉(zhuǎn)速和載荷變化幅

1）轉(zhuǎn)速較高，負(fù)載不大，而旋轉(zhuǎn)精度要求較高，采用球軸承。

2）轉(zhuǎn)速較低，負(fù)載大或有沖擊負(fù)載，采用滾子軸承。

3）徑向載荷和軸向載荷都較大時(shí)，如果轉(zhuǎn)速高，采用角接觸球軸承。如果轉(zhuǎn)速不高，采用圓錐滾子軸承。

2.選擇滾動(dòng)軸承選擇的基本原則

4）軸向載荷比徑向載荷大得多，但轉(zhuǎn)速較低時(shí)，采用兩種不同類(lèi)型的軸承組合，分別承受軸向和徑向負(fù)載。

5）徑向載荷比軸向載荷大得多，且轉(zhuǎn)速較高，采用深溝球軸承。

6）支承剛度要求較高時(shí)，可采用成對(duì)角接觸型軸承。1）轉(zhuǎn)速較高，負(fù)載不大，而旋轉(zhuǎn)精度要求較高，采用球軸承。

“背靠背組合”，使軸承的接觸線與軸線的交點(diǎn)間距大，抵抗彎曲變形的支反力矩大，支承剛度比“面對(duì)面組合”高，應(yīng)用廣泛。

3.角接觸球滾動(dòng)軸承組合安裝

機(jī)床主軸常選用“背靠背組合”，為什么？“背靠背組合”，使軸承的接觸線與軸線的交點(diǎn)間距大與鋼軸承相比具有：①高速下重量輕，作用在滾動(dòng)體上的離心力較小，壓力和滑動(dòng)摩擦??；②滾動(dòng)體熱膨脹系數(shù)小，溫升較低，軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中預(yù)緊力變化緩慢，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)；③彈性模量大，軸承的剛度增大。

4.陶瓷滾動(dòng)軸承

1）特點(diǎn)

2）陶瓷軸承的應(yīng)用

①陶瓷鋼混制軸承其滾動(dòng)體和外圈采用不同材料，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)分子親合力很小，摩擦系數(shù)小，有一定的自潤(rùn)滑性能，可在供油中斷的無(wú)潤(rùn)滑時(shí)正常工作。適用于高速、超高速、精密機(jī)床的主軸組件。

②全陶瓷軸承適用于耐高溫、耐腐蝕、非磁性、電絕緣、要求減輕重量和超高速場(chǎng)合。與鋼軸承相比具有：①高速下重量輕，作用在滾動(dòng)體磁浮軸承是利用磁力來(lái)支承運(yùn)動(dòng)部件，使其與固定部件脫離接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)軸承功能。

①無(wú)機(jī)械磨損，運(yùn)轉(zhuǎn)無(wú)噪聲，溫度低，能耗小；不需要潤(rùn)滑，不污染環(huán)境；能在超低溫、高溫、真空、蒸氣腐蝕性環(huán)境中正常工作。

②磁力軸承主軸可以自適應(yīng)控制，通過(guò)監(jiān)測(cè)定子線圈電流，靈敏地控制切削力，并可通過(guò)檢測(cè)切削力微小變化來(lái)控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)，加工精度高。特別適用于高速、超高速加工。

5.磁浮軸承（磁力軸承）磁浮軸承的特點(diǎn)：磁浮軸承是利用磁力來(lái)支承運(yùn)動(dòng)部件，使其與固定部件脫

主軸的結(jié)構(gòu)取決于主軸上安裝的刀具、夾具、工件、傳動(dòng)件、軸承的類(lèi)型、數(shù)量、位置和安裝定位方法。三、主軸

1.主軸的結(jié)構(gòu)

主軸前端形式取決于機(jī)床的類(lèi)型和安裝夾具或刀具的形式。通用機(jī)床已有標(biāo)準(zhǔn)化的形式。

主軸整體結(jié)構(gòu)是空心階梯軸，外徑從前端到尾部逐漸減小。主軸的結(jié)構(gòu)取決于主軸上安裝的刀具、夾具、工件、

（2）精密、大載荷、有沖擊的機(jī)床主軸

采用中碳或低碳合金鋼，如40Cr，20Cr。進(jìn)行高頻淬火或滲碳淬火，提高耐磨性，硬度52~65HRC。2.主軸的材料及熱處理主軸的選材依據(jù)：載荷類(lèi)型、耐磨性、熱處理方法。（3）主軸材料的攻關(guān)點(diǎn)怎樣減小高速、高效、高精密機(jī)床主軸的熱變形、振動(dòng)。已誕生的新型材料有玻璃陶瓷材料。

（1）普通機(jī)床主軸

采用45#或60#優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼。在主軸支承軸頸及裝卡刀具的定位基面進(jìn)行局部高頻淬火，提高耐磨性，硬度為50~55HRC。（2）精密、大載荷、有沖擊的機(jī)床主軸采用中碳或低碳合金

（1）滿足主軸旋轉(zhuǎn)精度要求

①

主軸前后軸承軸頸的同軸度，

②

錐孔相對(duì)于前后軸頸中心連接線的徑向跳動(dòng)，

③定心軸頸及其定位軸肩相對(duì)于前后軸頸中心連線的徑向和軸向跳動(dòng)等。

3.主軸的技術(shù)要求

（2）其它性能要求

表面粗糙度，表面硬度等。（1）滿足主軸旋轉(zhuǎn)精度要求3.主一、支承件的基本要求四、提高支承件靜剛度的措施二、支承件的受力分析方式三、支承件的截面形狀設(shè)計(jì)原則五、支承件的材料項(xiàng)目二支承件設(shè)計(jì)一、支承件的基本要求四、提高支承件靜剛度的措

接觸剛度

指支承件的結(jié)合面在外載作用下抵抗接觸變形的能力。如導(dǎo)軌面產(chǎn)生接觸變形。

功用：相互連接構(gòu)成機(jī)床基礎(chǔ)，支承機(jī)床工作部件，承受載荷，以保證機(jī)床各部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。任務(wù)一支承件的功能和應(yīng)滿足的基本要求1.具有足夠靜剛度和較高固有頻率整體剛度（自身剛度）

床身承受載荷產(chǎn)生整體彎曲變形。整體剛度與支承件材料以及截面形狀、尺寸等影響慣性矩的參數(shù)有關(guān)。局部剛度

指支承件載荷集中的局部結(jié)構(gòu)處抵抗變形的能力。如導(dǎo)軌承受載荷產(chǎn)生局部變形。如臥式車(chē)床床身與導(dǎo)軌間的靜剛度關(guān)系接觸剛度指支承件的結(jié)合面在外載作用下抵抗接觸變形的能機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)3--機(jī)床主要部件設(shè)計(jì)課件

◆當(dāng)接觸壓強(qiáng)很小時(shí)，結(jié)合面存在表面精度誤差，結(jié)合面只有幾個(gè)高點(diǎn)接觸，實(shí)際接觸面積很小，接觸變形大，接觸剛度低。

◆當(dāng)接觸壓強(qiáng)較大時(shí)，結(jié)合面上的高點(diǎn)產(chǎn)生變形，接觸面積擴(kuò)大，故接觸剛度較高。接觸剛度隨接觸壓強(qiáng)的增加而增大。◆結(jié)合面間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的接觸剛度小于固定接觸的接觸剛度。

小結(jié)

接觸剛度取決于接合面的表面粗糙度和平面度、結(jié)合面的大小，材料硬度，接觸面的壓強(qiáng)等。

接觸剛度用結(jié)合面的平均壓強(qiáng)p與變形量δ之比表示。其特性是：◆當(dāng)接觸壓強(qiáng)很小時(shí)，結(jié)合面存在表面精度誤差，結(jié)

固有頻率

用剛度與質(zhì)量之比表示，即

◆重點(diǎn)理解：當(dāng)激振力頻率ω

接近固有頻率ω0時(shí)，支承件將產(chǎn)生共振。因此，設(shè)計(jì)時(shí)要求：ωo>1.3ω

◆設(shè)計(jì)要點(diǎn)：在滿足剛度的前提下，盡量減小支承件的質(zhì)量m，提高固有頻率ωo。

2.良好的動(dòng)態(tài)特性支承件有較高靜剛度、固有頻率、還應(yīng)有較大阻尼，薄壁面積應(yīng)小于400mm×400mm，避免薄壁振動(dòng)。

3.結(jié)構(gòu)合理通過(guò)失效處理，能充分消除內(nèi)應(yīng)力，形狀穩(wěn)定。

4.排屑暢通，工藝性好，成本低，吊運(yùn)安裝方便。固有頻率用剛度與質(zhì)量之比表示，即機(jī)床支承件要承受切削力、零部件重量、傳動(dòng)力等載荷。支承件所承受的載荷不同，設(shè)計(jì)時(shí)分析其受力方式不同。

1.中小型機(jī)床支承件受力分析以切削力為主。

2.精密和高精度機(jī)床支承部件載荷以移動(dòng)部件的質(zhì)量和熱應(yīng)力為主。如：雙柱立式坐標(biāo)鏜床的橫梁，受力分析考慮主軸箱位于橫梁中部時(shí)，橫梁的彎曲和扭轉(zhuǎn)變形。

3.大型機(jī)床支承件受力分析應(yīng)考慮工件重力，移動(dòng)部件重力和切削力等。一、支承件的受力分析方式任務(wù)二支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)床支承件要承受切削力、零部件重量、傳動(dòng)力等載荷二、支承件的截面形狀設(shè)計(jì)原則支承件變形主要是彎扭變形。且抗彎剛度和抗扭剛度隨支承件的截面慣性矩增大而增大。設(shè)計(jì)原則：

◆

截面積一定時(shí)，空心截面比實(shí)心截面的慣性矩大，滿足工藝要求時(shí)，應(yīng)盡量減小壁厚，提高抗彎剛度。

◆

承受一個(gè)方向彎矩的支承件，當(dāng)高度方向?yàn)槭軓澐较驎r(shí)，截面形狀應(yīng)為矩形。

◆

承受彎扭作用的支承件，截面形狀應(yīng)為方形。

◆

承受純轉(zhuǎn)矩的支承件，截面形狀應(yīng)為圓環(huán)形。

◆

不封閉截面剛度遠(yuǎn)小于封閉截面剛度，盡量將支承件制成封閉形狀。

◆

截面不能封閉的支承件，應(yīng)采取補(bǔ)償剛度措施。二、支承件的截面形狀設(shè)計(jì)原則支承件變形三、提高支承件靜剛度的措施

◆

從抗彎剛度、鑄造工藝、支承件功用綜合考慮，支承件截面不能完全封閉，存在剛度損失。

◆

導(dǎo)軌與床身的過(guò)渡連接處存在局部剛度損失。

◆

箱體軸承孔處存在剛度損失。為什么要進(jìn)行剛度補(bǔ)償？三、提高支承件靜剛度的措施◆從抗彎剛縱向隔板應(yīng)布置在彎曲平面內(nèi)，即隔板的高度方向與作用力F的方向一致，如圖。縱向隔板能提高抗彎剛度。

1.隔板和加強(qiáng)肋

（1）隔板（肋板）是連接外壁間的內(nèi)壁。作用是將局部載荷傳遞給其它壁板，使整個(gè)支承件較均勻地承受載荷。

縱向隔板縱向隔板應(yīng)布置在彎曲平面內(nèi)，即隔板的高度方向與作無(wú)橫向隔板時(shí)，相對(duì)抗扭剛度很低；增加一個(gè)端面橫向隔板時(shí)，抗扭剛度成倍增加，均勻布置三個(gè)橫向隔板后，抗扭剛度又成倍增加。

支承件內(nèi)增加橫向隔板能提高抗扭剛度。斜板是多個(gè)橫隔板和縱隔板組合形成。支承件內(nèi)增加斜板可提高抗彎和抗扭剛度。

斜向隔板

橫向隔板無(wú)橫向隔板時(shí)，相對(duì)抗扭剛度很低；增加一個(gè)端面橫向

（2）加強(qiáng)肋（肋條）配置在外壁內(nèi)側(cè)或內(nèi)壁上，其作用是加強(qiáng)局部剛度和減少薄壁振動(dòng)。注意：肋條高應(yīng)約為支承件壁厚的5倍。

圖a，用加強(qiáng)肋提高導(dǎo)軌與床身過(guò)渡連接處的局部剛度。

圖b，用加強(qiáng)肋提高箱體軸承孔處的局部剛度。（2）加強(qiáng)肋（肋條）配置在外壁內(nèi)側(cè)或內(nèi)壁上

圖c、d、e

為工作臺(tái)等板形支承件的加強(qiáng)肋。提高抗彎剛度，避免薄壁振動(dòng)。圖c、d、e為工作臺(tái)等板形支承件的加強(qiáng)肋。

2.支承件開(kāi)孔后的剛度補(bǔ)償立柱或橫梁中為安裝機(jī)件或工藝需要，需要開(kāi)孔，從而造成抗扭、抗彎剛度的損失。

（1）在孔上加蓋板，用螺栓將蓋板固定在壁上。

（2）也可將孔的周邊加厚（翻邊），再加嵌入式蓋板。剛度補(bǔ)償方法：2.支承件開(kāi)孔后的剛度補(bǔ)償立柱或橫梁中

3.提高接觸剛度

◆相對(duì)滑動(dòng)的連接面和重要的固定結(jié)合面須精磨或配對(duì)刮研，以增加接觸面積。

◆

緊固螺栓應(yīng)使結(jié)合面有>2MPa的接觸壓強(qiáng)，以消除結(jié)合面的平面度誤差，增大結(jié)合面積。

◆結(jié)合面承受彎矩時(shí)，應(yīng)使較多的緊固螺栓布置在受拉面，承受拉應(yīng)力。

◆

結(jié)合面承受轉(zhuǎn)矩時(shí)，螺栓遠(yuǎn)離扭轉(zhuǎn)中心，均勻分布在四周。3.提高接觸剛度◆相對(duì)滑動(dòng)的連接面和第二節(jié)支承件設(shè)計(jì)五、支承件的材料

灰口鑄鐵的鑄造、切削性能好，易得到復(fù)雜形狀；阻尼大，有良好的抗振性能；加入少量合金元素可提高耐磨性。（1）機(jī)床支承件常采用鑄鐵

1.鑄鐵

是加入少量的鉻、硅、稀土等合金元素的灰口鑄鐵。（2）支承鑄件消除應(yīng)力的方式

◆

鑄件壁厚不均勻，鑄造冷卻中產(chǎn)生鑄造應(yīng)力，鑄造后應(yīng)進(jìn)行自然失效處理。

◆精密機(jī)床支承件，粗加工前自然失效，粗加工后人工失效，充分消除鑄造應(yīng)力。

◆

床身、立柱、橫梁等進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效，消除內(nèi)應(yīng)力。第二節(jié)支承件設(shè)計(jì)五、支承件的材料

2.鋼材

特點(diǎn)及應(yīng)用

◆不用鑄模，制作周期短。

◆鋼件抗彎剛度大于鑄鐵件。

◆滿足剛度要求時(shí)，鋼件比鑄件壁厚薄一半，重量減輕20%~30%。但阻尼為鑄件的1/3，抗振性能差。

◆適合于生產(chǎn)數(shù)量少，品種多的大型床身的制造。常用Q235-A，20鋼的鋼板和型鋼焊接成支承件。2.鋼材特點(diǎn)及應(yīng)用常

3.樹(shù)脂混凝土◆阻尼比是灰口鑄鐵的8~10倍，抗振性好?！裟透g性好。與金屬粘接力強(qiáng)，可按結(jié)構(gòu)要求，預(yù)埋金屬件，減少金屬加工量?！?/p>

澆注的床身靜剛度比鑄鐵高16%~40%。◆可增加鋼筋或加強(qiáng)纖維，提高抗拉強(qiáng)度。樹(shù)脂混凝土即人造花崗巖，是制造床身的新型材料?！翡摪搴赋煽蚣?，充入樹(shù)脂混凝土，適合構(gòu)成大、中型機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的支承件。特點(diǎn)及應(yīng)用第二節(jié)結(jié)束3.樹(shù)脂混凝土◆阻尼比是灰口鑄鐵的8~1

◆

移置導(dǎo)軌可調(diào)整部件之間的相對(duì)位置，在機(jī)床中沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如：臥式車(chē)床的尾座導(dǎo)軌。項(xiàng)目三導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)任務(wù)一導(dǎo)軌的性能要求及分類(lèi)

1.功用：承受載荷和導(dǎo)向。承受安裝在導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)部件及工件的質(zhì)量和切削力，引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件沿一定的軌跡運(yùn)動(dòng)。

◆主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌用于刨床、拉床、插齒機(jī)的主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。

◆進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌用于機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)中。（1）按運(yùn)動(dòng)性質(zhì)分為

2.分類(lèi)及應(yīng)用◆移置導(dǎo)軌可調(diào)整部件之間的相對(duì)位置，在

（2）按摩擦性質(zhì)分為滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌。

靜壓滑動(dòng)導(dǎo)軌液體摩擦，導(dǎo)軌間有壓力油膜層，靠液壓系統(tǒng)提供壓力油膜。用于高精度機(jī)床進(jìn)給導(dǎo)軌。

動(dòng)壓滑動(dòng)導(dǎo)軌液體摩擦，動(dòng)壓油膜的形成是利用滑移速度帶動(dòng)潤(rùn)滑油從大間隙處向狹窄處流動(dòng)形成的。適用于主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。

普通滑動(dòng)導(dǎo)軌混合摩擦，導(dǎo)軌間有一定動(dòng)壓效應(yīng)，速度較低，導(dǎo)軌面處于接觸狀態(tài)。用于大多數(shù)普通機(jī)床。

滾動(dòng)導(dǎo)軌導(dǎo)軌面之間裝有滾動(dòng)元件（鋼球），靠鋼球的滾動(dòng)摩擦引導(dǎo)部件運(yùn)動(dòng)。廣泛用于數(shù)控、精密和高精度機(jī)床。（2）按摩擦性質(zhì)分為滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌。（3）按結(jié)構(gòu)形式分為開(kāi)式導(dǎo)軌、閉式導(dǎo)軌。

開(kāi)式導(dǎo)軌

是利用部件質(zhì)量和載荷，使導(dǎo)軌副在全長(zhǎng)上始終保持接觸的導(dǎo)軌。開(kāi)式導(dǎo)軌不能承受較大顛覆力矩。用于大型機(jī)床的水平導(dǎo)軌。閉式導(dǎo)軌能保持導(dǎo)軌副始終接觸，故能承受較大的顛覆力矩。

如圖，壓板和床身導(dǎo)軌下底面a組成的輔助導(dǎo)軌。閉式導(dǎo)軌

是在開(kāi)式導(dǎo)軌上增加輔助導(dǎo)軌而構(gòu)成。（3）按結(jié)構(gòu)形式分為開(kāi)式導(dǎo)軌、閉式導(dǎo)軌。任務(wù)二

、滑動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.導(dǎo)軌的截面形狀選擇要使動(dòng)導(dǎo)軌嚴(yán)格按規(guī)定的軌跡運(yùn)動(dòng)，必須限制五個(gè)自由度。因?qū)к壍哪Σ撩鎸挾容^小，故導(dǎo)軌可視為窄定位板。兩個(gè)窄支承平面a、b構(gòu)成一個(gè)定位面，限制3個(gè)自由度窄支承平面c限制2個(gè)自由度①雙矩形導(dǎo)軌導(dǎo)軌制造容易，剛度和承載能力大，安裝調(diào)整方便。但側(cè)導(dǎo)向需用鑲條調(diào)整間隙補(bǔ)償導(dǎo)軌面的磨損。廣泛用于普通精度的中型車(chē)床、組合機(jī)床、升降臺(tái)銑床、數(shù)控機(jī)床等。任務(wù)二、滑動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.導(dǎo)軌的截面形狀選擇②

三角形和矩形導(dǎo)軌的組合導(dǎo)軌的導(dǎo)向性好，制造方便、剛度高。廣泛用于車(chē)床、磨床、龍門(mén)銑床、龍門(mén)刨、滾齒機(jī)、坐標(biāo)鏜床的床身導(dǎo)軌。對(duì)于三角形導(dǎo)軌，減小其頂角α，導(dǎo)軌的導(dǎo)向性能提高，但承載能力下降。一般機(jī)床取α=900，重型機(jī)床取α≥900，精密機(jī)床和滾齒機(jī)取α

<900。②三角形和矩形導(dǎo)軌的組合導(dǎo)軌的導(dǎo)向性好③雙三角形導(dǎo)軌這種導(dǎo)軌不需要鑲條調(diào)整間隙，接觸剛度好，導(dǎo)向性和精度保持性好。但工藝性差，加工、檢驗(yàn)和維修不方便，只能配加工。多用于精密機(jī)床，如絲杠車(chē)床、導(dǎo)軌磨床、齒輪磨床等。③雙三角形導(dǎo)軌這種導(dǎo)軌不需要鑲條調(diào)整

④燕尾形和矩形導(dǎo)軌的組合這組導(dǎo)軌調(diào)整方便，承載力矩大。廣泛用在機(jī)床的橫梁、立柱、搖臂導(dǎo)軌中。④燕尾形和矩形導(dǎo)軌的組合這組導(dǎo)軌調(diào)整方便，⑤雙燕尾形導(dǎo)軌是一種不用輔助導(dǎo)軌副的閉式導(dǎo)軌。導(dǎo)軌高度小，可承受顛覆力矩。燕尾導(dǎo)軌是過(guò)定位，必須用鑲條調(diào)整摩擦面的間隙。由于結(jié)構(gòu)原因，此導(dǎo)軌剛度差，加工、檢驗(yàn)、維修不方便。用于受力小，結(jié)構(gòu)層數(shù)多，間隙調(diào)整方便處，如牛頭刨床滑枕導(dǎo)軌、臥式車(chē)床的刀架導(dǎo)軌等。⑤雙燕尾形導(dǎo)軌是一種不用輔助導(dǎo)軌副的

2.導(dǎo)軌間隙的調(diào)整

（1）輔助導(dǎo)軌間隙調(diào)整

采用壓板調(diào)整輔助導(dǎo)軌面間隙，承受顛覆力矩。

圖a：通過(guò)精磨或刮削壓板厚度調(diào)整間隙。

圖b：通過(guò)改變墊片層數(shù)和墊片厚度調(diào)整間隙。

圖c：通過(guò)壓板和導(dǎo)軌間的平鑲條調(diào)節(jié)間隙。2.導(dǎo)軌間隙的調(diào)整（1）輔助導(dǎo)軌間隙調(diào)整

（2）矩形導(dǎo)軌和燕尾導(dǎo)軌的間隙調(diào)整

圖a、圖b：平鑲條較薄，全長(zhǎng)只由幾個(gè)螺釘調(diào)整間隙，鑲條在幾個(gè)點(diǎn)上受力，因此鑲條易變形，剛度較低。

圖c：間隙調(diào)整后，再擰緊緊固螺栓。平鑲條調(diào)整方便。采用鑲條來(lái)調(diào)整矩形導(dǎo)軌和燕尾導(dǎo)軌的側(cè)面間隙。鑲條應(yīng)裝在導(dǎo)軌受力較小的一側(cè)，以提高剛度。①平鑲條調(diào)整間隙（2）矩形導(dǎo)軌和燕尾導(dǎo)軌的間隙調(diào)整圖a、②斜鑲條調(diào)整間隙調(diào)整方式：將動(dòng)導(dǎo)軌的一面做成與鑲條斜度相同，方向相反的斜面，通過(guò)斜面配合，縱向移動(dòng)鑲條來(lái)調(diào)整導(dǎo)軌橫向間隙。

缺點(diǎn)：螺釘?shù)耐辜绾丸倵l溝槽間的間隙會(huì)引起鑲條在運(yùn)動(dòng)中竄動(dòng)。

圖a：用螺釘推動(dòng)鑲條縱向移動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便。②斜鑲條調(diào)整間隙調(diào)整方式：將動(dòng)導(dǎo)軌的一面做

圖c：將螺釘凸肩變?yōu)閹A柱銷(xiāo)的調(diào)整套，圓柱銷(xiāo)與圓孔配作，通過(guò)配合精度控制鑲條的竄動(dòng)。調(diào)整方便，但縱向尺寸較長(zhǎng)。

圖b：用雙螺釘調(diào)節(jié)，能避免鑲條竄動(dòng)，性能較好。圖c：將螺釘凸肩變?yōu)閹A柱銷(xiāo)的調(diào)整套，圓柱銷(xiāo)與孕育鑄鐵廣泛應(yīng)用在臥式車(chē)床、轉(zhuǎn)塔車(chē)床、升降臺(tái)銑床及磨床等機(jī)床上。任務(wù)三

、滑動(dòng)導(dǎo)軌的材料及選擇

（1）鑄鐵導(dǎo)軌常用的有灰鑄鐵、孕育鑄鐵、耐磨鑄鐵等。

1.滑動(dòng)導(dǎo)軌的材料

1）對(duì)耐磨性能要求高、精加工為磨削、且與床身做成一體的導(dǎo)軌，廣泛采用孕育鑄鐵HT300。

孕育鑄鐵是在鐵水中加入少量孕育劑硅、錳、鋁、稀土等，以獲得均勻的珠光體和細(xì)片狀石墨組織，而提高強(qiáng)度和硬度。并通過(guò)電接觸淬火或高頻淬火，進(jìn)一步提高耐磨性。孕育鑄鐵廣泛應(yīng)用在臥式車(chē)床、轉(zhuǎn)塔車(chē)床、升降臺(tái)銑

鉻鉬銅耐磨鑄鐵可用于制造中、小型精密機(jī)床、儀表機(jī)床的床身導(dǎo)軌。

2）耐磨鑄鐵是在灰鑄鐵中添加磷、銅、鈦、鉬、釩等細(xì)化晶粒的元素，其耐磨性比HT300提高1~2倍以上。

高磷耐磨鑄鐵可用于普通機(jī)床的床身、溜板、工作臺(tái)及其導(dǎo)軌，且應(yīng)用日趨廣泛。

釩鈦耐磨鑄鐵適用于制造各類(lèi)中、小型機(jī)床的導(dǎo)軌，其機(jī)械性能好，優(yōu)于高磷耐磨鑄鐵，溶鑄工藝簡(jiǎn)單，耐磨性能比孕育鑄鐵HT300提高近2倍。磷銅鈦耐磨鑄鐵

鑄件質(zhì)量較高，適用于制造坐標(biāo)鏜床、螺紋磨床等精密機(jī)床的床身、立柱和工作臺(tái)等導(dǎo)軌。鉻鉬銅耐磨鑄鐵可用于制造中、小型精密機(jī)床、儀

（2）鑲鋼導(dǎo)軌是將淬硬的碳素鋼或合金鋼導(dǎo)軌，分段地鑲裝在鑄鐵和或鋼制的床身上。以提高導(dǎo)軌的耐磨性。鑲鋼導(dǎo)軌工藝復(fù)雜、加工較困難。主要用于數(shù)控機(jī)床和加工中心的導(dǎo)軌中。在鑄鐵床身上，鑲裝鋼導(dǎo)軌常用螺釘或楔塊擠緊固定。在鋼制床身上，鑲裝鋼導(dǎo)軌一般用焊接方法連接。（2）鑲鋼導(dǎo)軌是將淬硬的碳素鋼或合金鋼導(dǎo)軌適用于中小型精密機(jī)床和數(shù)控機(jī)床，特別是潤(rùn)滑不良（如立式導(dǎo)軌）或無(wú)法潤(rùn)滑的導(dǎo)軌。

（3）塑料導(dǎo)軌

是用粘結(jié)法或噴涂法覆蓋在導(dǎo)軌面上。以提高耐磨性。粘貼軟帶以聚四氟乙烯為基體，添加各種無(wú)機(jī)物和有機(jī)粉末等填料制成。

1）

粘貼塑料軟帶導(dǎo)軌聚四氟乙烯軟帶導(dǎo)軌的特點(diǎn)是：①摩擦系數(shù)小，耗能低；②動(dòng)靜摩擦系數(shù)接近，低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好；③阻尼特性好，抗振性好；④耐磨性好，能自身潤(rùn)滑，使用壽命長(zhǎng)；⑤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，磨損易更換，經(jīng)濟(jì)性好。⑥剛性較差，受力后產(chǎn)生變形，對(duì)高精度的機(jī)床有影響。適用于中小型精密機(jī)床和數(shù)控機(jī)床，特別是潤(rùn)滑不良（塑料涂層都是以環(huán)氧樹(shù)脂為基體，加入固體潤(rùn)滑劑和膠體石墨及其它鐵粉填充劑混合而成。

2）塑料涂層導(dǎo)軌根據(jù)涂層材料的組織和性能不同，可分別適用于大、中、小型精密機(jī)床導(dǎo)軌和數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌。涂塑導(dǎo)軌在西歐國(guó)家，普遍用于數(shù)控機(jī)床的制造中。環(huán)氧樹(shù)脂塑料涂層的特點(diǎn)：①有較高的耐磨性、硬度、強(qiáng)度和熱導(dǎo)率；②在無(wú)潤(rùn)滑情況下，能防止爬行，改善導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)特性，特別是低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性較好。塑料涂層應(yīng)用較多的有環(huán)氧涂層、含氟涂層和HNT涂層。塑料涂層都是以環(huán)氧樹(shù)脂為基體，加入固體潤(rùn)滑劑

5）精密和高精度機(jī)床，導(dǎo)軌面需刮削，可采用耐磨鑄鐵導(dǎo)軌副，但動(dòng)導(dǎo)軌的硬度比支承導(dǎo)軌的硬度低15~45HB。

1）導(dǎo)軌副應(yīng)采用不同的材料制造，以提高導(dǎo)軌副的耐磨性，防止粘結(jié)磨損。導(dǎo)軌副材料的選用原則：

2）采用相同的材料，應(yīng)采用不同的熱處理，使其雙方具有不同的硬度。

3）滑動(dòng)長(zhǎng)導(dǎo)軌各處的使用機(jī)率不等，磨損不勻。因此，長(zhǎng)導(dǎo)軌應(yīng)采用耐磨性好、硬度較高的材料制造。

4）普通機(jī)床的動(dòng)導(dǎo)軌多采用聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶，支承導(dǎo)軌采用淬硬的孕育鑄鐵。5）精密和高精度機(jī)床，導(dǎo)軌面需刮削，可采用耐磨

靜壓導(dǎo)軌是依靠液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的壓力油，形成承載油膜的導(dǎo)軌任務(wù)四、靜壓導(dǎo)軌

靜壓導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)：

①摩擦系數(shù)小，機(jī)械效率高；②導(dǎo)軌面被油膜隔開(kāi)，不產(chǎn)生粘結(jié)磨損，導(dǎo)軌精度保持好；③導(dǎo)軌的油膜較厚，有均化表面誤差的作用；④油膜的阻尼比大，導(dǎo)軌的抗振性能良好；⑤導(dǎo)軌低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，防爬行性能良好。

靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要一套完整的液壓系統(tǒng)。工作原理能夠?qū)⒕哂幸欢▔簭?qiáng)的潤(rùn)滑油，經(jīng)節(jié)流器通入動(dòng)導(dǎo)軌的縱向油槽中，形成承載油膜，使導(dǎo)軌副的摩擦面隔開(kāi)，實(shí)現(xiàn)液體摩擦。靜壓導(dǎo)軌是依靠液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的壓力油，形成承載

應(yīng)用：

靜壓導(dǎo)軌適用于具有液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的精密機(jī)床和高精度機(jī)床的水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。導(dǎo)軌面的油腔形成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的液壓支承點(diǎn)，在液壓的作用下，動(dòng)導(dǎo)軌及其運(yùn)動(dòng)部件便浮動(dòng)起來(lái)，形成液體摩擦。如圖：常用的閉式靜壓導(dǎo)軌，液壓泵產(chǎn)生的壓力油，經(jīng)可變節(jié)流器節(jié)流后，通入導(dǎo)軌面油腔A和輔助導(dǎo)軌面油腔B應(yīng)用：靜壓導(dǎo)軌適用于具有液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的精密機(jī)

1）爬行是進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的一種低速運(yùn)動(dòng)的不均勻現(xiàn)象，即在傳動(dòng)件以很低的速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，工件臺(tái)出現(xiàn)速度不均勻的跳躍式運(yùn)動(dòng)，或出現(xiàn)間歇式運(yùn)動(dòng)，速度時(shí)快時(shí)慢，時(shí)走時(shí)停。任務(wù)五、低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性

1.爬行現(xiàn)象及產(chǎn)生原因1）爬行是進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的一種低速運(yùn)動(dòng)的不均勻現(xiàn)

①運(yùn)動(dòng)不均勻的低速爬行，影響機(jī)床的加工精度、定位精度，使工件表面精度降低。

②爬行嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致機(jī)床不能正常工作。特別是在精密機(jī)床、數(shù)控機(jī)床及大型機(jī)床中，爬行危害極大。2）爬行現(xiàn)象的危害通常，爬行的臨界速度是評(píng)價(jià)機(jī)床性能的一個(gè)重要指標(biāo)。爬行是一種摩擦自激振動(dòng)。主要原因是摩擦面上的動(dòng)摩擦系數(shù)小于靜摩擦系數(shù)，且由于摩擦阻尼，動(dòng)摩擦系數(shù)隨滑移速度的增加而減小，以及傳動(dòng)系統(tǒng)的彈性變形。3）爬行的產(chǎn)生原因①運(yùn)動(dòng)不均勻的低速爬行，影響機(jī)床的加工精度、定

2）提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛性（適當(dāng)加大絲杠直徑以提高拉壓剛度，軸承適度預(yù)緊?？s短傳動(dòng)鏈，合理分配傳動(dòng)比。防止液壓傳動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的氣穴、沖擊現(xiàn)象）。2.消除爬行的措施降低爬行臨界速度的措施有：

1）減少靜動(dòng)摩擦系數(shù)之差，改變動(dòng)摩擦系數(shù)隨速度變化的特性（滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦，液體摩擦代替滑動(dòng)摩擦，減摩材料，專用導(dǎo)軌油）。

3）盡量減少動(dòng)導(dǎo)軌及工作臺(tái)的質(zhì)量。第三節(jié)結(jié)束2）提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛性（適當(dāng)加大絲杠直徑以提高拉2.工作原理項(xiàng)目四滾珠絲杠螺母副機(jī)構(gòu)任貿(mào)一、滾珠絲杠副的工作原理及特點(diǎn)1.結(jié)構(gòu)滾珠絲杠副是將絲杠和螺母都加工成凹半圓弧形螺紋，且圓弧半徑略大于鋼珠半徑。在螺紋副間放入鋼珠，使絲杠和螺母之間的運(yùn)動(dòng)成為滾動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。當(dāng)絲杠、螺母相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鋼珠沿螺旋滾道滾動(dòng)，使螺紋摩擦為滾動(dòng)摩擦。滾珠通過(guò)螺母兩端的回程導(dǎo)引裝置，自動(dòng)返回入口而循環(huán)流動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)高精度、高效率的傳動(dòng)。軸承鋼，淬硬磨削2.工作原理項(xiàng)目四滾珠絲杠螺母副機(jī)構(gòu)任貿(mào)一、3.特點(diǎn)及應(yīng)用

◆

傳動(dòng)效率高達(dá)85%~98%，是普通滑動(dòng)絲杠副的2~4倍，摩擦損失小，功率消耗小。

◆

適當(dāng)預(yù)緊，能消除反向螺紋間隙，定位精度、剛度高。

◆運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高。

◆摩擦角小于10，不能自鎖。如果驅(qū)動(dòng)升降運(yùn)動(dòng)，必須增加制動(dòng)裝置。滾珠絲杠螺母副常用于數(shù)控機(jī)床行程不太長(zhǎng)的進(jìn)給系統(tǒng)中，以提高進(jìn)給系統(tǒng)的靈敏度、定位精度和防止爬行。3.特點(diǎn)及應(yīng)用◆傳動(dòng)效率高達(dá)85%~98%

1.滾珠循環(huán)方式如圖，絲杠螺母之外置有插管式回珠器5，螺母之內(nèi)裝有擋珠器。

（1）外循環(huán)滾珠絲杠副任務(wù)二、滾珠循環(huán)方式及軸向間隙調(diào)整鋼珠每一個(gè)循環(huán)稱為一列，每一列內(nèi)每個(gè)導(dǎo)程稱為一圈，外循環(huán)每列有1.5圈、2.5圈、3.5圈，剩下的半圈用作回珠。絲杠勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，擋珠器能迫使?jié)L珠轉(zhuǎn)幾圈后，經(jīng)回珠器返回入口，完成一個(gè)滾動(dòng)循環(huán)，同時(shí)準(zhǔn)備開(kāi)始新的循環(huán)。1.滾珠循環(huán)方式如圖，絲杠螺母之外置有插管內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副的螺母內(nèi)孔中，裝有接通相鄰滾道的返向回珠器，迫使?jié)L珠翻越螺紋的牙頂進(jìn)入相鄰滾道。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠的每一個(gè)循環(huán)（每列）只有一圈，一個(gè)螺母有3列、4列、5列等幾種。第四節(jié)滾動(dòng)絲杠螺母副機(jī)構(gòu)（2）內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副如圖，絲杠勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，絲杠副中的鋼珠從A點(diǎn)走向B點(diǎn)、C點(diǎn)和D點(diǎn)，然后經(jīng)反向回珠器4從內(nèi)螺紋的頂上回到A點(diǎn)。螺紋每一圈形成一個(gè)鋼珠的循環(huán)閉路。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副的螺母內(nèi)孔中，裝有接通相鄰滾道的

2.軸向間隙的調(diào)整和施加預(yù)緊力的方法為什么滾珠絲杠軸向間隙要能夠調(diào)整？怎樣調(diào)整？滾珠絲杠副的軸向間隙會(huì)造成：

①

滾珠絲杠啟動(dòng)、停止以及受沖擊載荷時(shí)運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)；

②

反向時(shí)存在空行程，影響傳動(dòng)精度和定位精度。

調(diào)整方法:

采用雙螺母裝置消除軸向間隙。

2.軸向間隙的調(diào)整和施加預(yù)緊力的方法為什么滾（1）墊片調(diào)隙式用螺釘連接兩個(gè)螺母的凸緣，在凸緣間加墊片。

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性好、剛度高，裝卸方便。

不足點(diǎn)：調(diào)整復(fù)雜。

調(diào)整方式：調(diào)整墊片厚度使螺母產(chǎn)生軸向位移，來(lái)消除間隙和產(chǎn)生預(yù)拉緊力。（1）墊片調(diào)隙式用螺釘連接兩個(gè)螺母的凸（2）螺紋間隙式

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)整方便；應(yīng)用較廣泛。

不足點(diǎn)：雙螺母調(diào)整間隙欠精確。

調(diào)整方法：旋轉(zhuǎn)螺母，消除間隙和產(chǎn)生預(yù)拉緊力，調(diào)整后，用另一個(gè)螺母鎖緊。螺母1的端面有凸臺(tái)，螺母2的右端有螺紋，用雙圓螺母固定。（2）螺紋間隙式特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)整方便；應(yīng)用（3）齒差調(diào)隙式兩螺母凸緣皆為圓柱齒輪，兩齒輪相差一齒。分別與兩內(nèi)齒輪嚙合。兩內(nèi)齒輪用螺釘或定位銷(xiāo)固定在套筒上。

調(diào)整方式：調(diào)整時(shí)，先取下兩內(nèi)齒輪，使兩螺母相對(duì)套筒同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒，調(diào)整軸向位移量為e=Ph/(z1z2)。

特點(diǎn)：調(diào)整精確，適用于高精度的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

不足點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較大，調(diào)整、裝配比較復(fù)雜。第四節(jié)結(jié)束（3）齒差調(diào)隙式兩螺母凸緣皆為圓柱齒輪，

5.滾珠絲杠副

工作原理、結(jié)構(gòu)及軸向間隙調(diào)整方法本模塊主要知識(shí)點(diǎn)

①功用、靜剛度、固有頻率及其要求。

②受力分析與機(jī)床類(lèi)型的關(guān)系。

③結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)截面形狀選擇原則，提高靜剛度措施。

2.支承件設(shè)計(jì)

1.主軸組件

④材料(鑄鐵、鋼材、樹(shù)脂混凝土特點(diǎn)及應(yīng)用，為什么鑄鐵應(yīng)用最廣泛。)

3.導(dǎo)軌

分類(lèi)、滑動(dòng)導(dǎo)軌的截面形狀及應(yīng)用、間隙調(diào)整，材料及其選擇?；疽?、滾動(dòng)軸承的選用原則、軸向定位及特點(diǎn)

4.低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性

爬行現(xiàn)象和機(jī)理，消除爬行的措施。5.滾珠絲杠副工作原理、結(jié)構(gòu)及軸向間隙調(diào)整方法2022年12月23日機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)

模塊三機(jī)床主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2022年12月17日機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)模塊三機(jī)床主要

模塊三機(jī)床主要部件設(shè)計(jì)模塊三機(jī)床主要部件設(shè)計(jì)組成機(jī)床的部件很多，本模塊僅就其比較重要的部件如主軸部件、支承部件和導(dǎo)軌等的結(jié)構(gòu)、作用及設(shè)計(jì)的敏感性問(wèn)題進(jìn)行介紹。組成機(jī)床的部件很多，本模塊僅就其比較重要的部件項(xiàng)目一主軸部件的設(shè)計(jì)

主軸組件包括主軸、支承軸承、傳動(dòng)件、定位元件、密封件。功用

支承并帶動(dòng)工件或刀具旋轉(zhuǎn)進(jìn)行切削；承受切削力和驅(qū)動(dòng)力，完成表面成形運(yùn)動(dòng)。

項(xiàng)目一主軸部件的設(shè)計(jì)

主軸組件包括主軸、支承軸承、傳動(dòng)

任務(wù)一主軸部件的性能要求及傳動(dòng)方式基本要求旋轉(zhuǎn)精度剛度抗振性溫升和熱變性精度保持性任務(wù)一主軸部件的性能要求及傳動(dòng)方１.旋轉(zhuǎn)精度旋轉(zhuǎn)精度指主軸裝配后，在空載、低速轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下，安裝刀具或工件的主軸部位的徑向跳動(dòng)和軸向跳動(dòng)。旋轉(zhuǎn)精度取決于主軸、軸承、箱體孔的制造、裝配和調(diào)整精度。

主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度直接影響工件的加工精度。１.旋轉(zhuǎn)精度旋轉(zhuǎn)精度指主軸裝配后，在空載、低速

剛度

指主軸組件在外載荷作用下抵抗變形的能力。

2.剛度

剛度的量化以主軸前端產(chǎn)生單位位移的彈性變形時(shí)，在位移方向所施加的作用力大小來(lái)表示。當(dāng)主軸外伸端受徑向作用力F，主軸受力方向上的彈性位移為δ時(shí)，其剛度K

的表達(dá)式為剛度指主軸組件在外載荷作用下抵抗變形的能力。主軸主件的剛度不足直接影響零件的加工精度和機(jī)床的性能（2）動(dòng)剛度

主軸組件在交變載荷作用下抵抗變形的能力，表示為

Kd=Fd/δd。（1）靜剛度

主軸組件在靜載荷作用下抵抗變形的能力，表示為

Kj=Fj/δj。主軸組件的剛度受主軸的尺寸和形狀，滾動(dòng)軸承的類(lèi)型、數(shù)量、預(yù)緊和配置形式，傳動(dòng)件的布置方式，主軸組件的制造精度和裝配質(zhì)量等因素影響。主軸主件的剛度不足直接影響零件的加工精度和機(jī)床的性在切削過(guò)程中，主軸部件受到靜態(tài)力的作用，也受到?jīng)_擊力和交變力的作用而產(chǎn)生振動(dòng)。沖擊力和交變力是由材料硬度不均勻、加工余量的變化、斷續(xù)切削、主軸部件不平衡、軸承或齒輪存在缺陷以及切削過(guò)程中的顫振等引起。

抗振性

是指機(jī)床在額定載荷切削時(shí)，主軸組件抵抗受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)的能力。

3.抗振性主軸振動(dòng)直接影響工件的表面加工質(zhì)量和刀具的使用壽命，并產(chǎn)生噪聲。在切削過(guò)程中，主軸部件受到靜態(tài)力的作用，也受到

熱變形

是主軸組件運(yùn)動(dòng)時(shí)，各相對(duì)運(yùn)動(dòng)處的摩擦，切削區(qū)的切削熱等使主軸組件的溫度升高，造成形狀、尺寸及位置變化。

4.溫升和熱變形熱變形會(huì)引起軸承間隙變化，潤(rùn)滑油粘度降低，影響主軸部件的工作性能，降低加工精度。熱變形是主軸組件運(yùn)動(dòng)時(shí)，各相對(duì)運(yùn)動(dòng)處的摩擦，切削區(qū)精度保持性影響機(jī)床使用壽命內(nèi)的加工精度和工作穩(wěn)定性。

精度保持性

指主軸組件長(zhǎng)期保持其原始制造精度的能力。

5.精度保持性

精度保持性決定于主軸組件的耐磨性能。影響耐磨性的因素有主軸、軸承的材料、熱處理方法、軸承類(lèi)型及潤(rùn)滑防護(hù)措施等。明確：主軸組件喪失原始制造精度的原因——磨損。如主軸軸承、主軸軸頸表面、裝夾工件或刀具的定位表面的磨損。精度保持性影響機(jī)床使用壽命內(nèi)的加工精度

1.傳動(dòng)方式

（1）齒輪傳動(dòng)

輪齒的嚙合傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊；能傳遞較大的扭矩，適應(yīng)變轉(zhuǎn)速、變載荷工作。

不足：線速度需<12~15m/s，且不如帶傳動(dòng)平穩(wěn)。（2）帶傳動(dòng)

靠摩擦力傳遞動(dòng)力。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，皮帶有彈性可吸振，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲??；過(guò)載時(shí)打滑，具有過(guò)載保護(hù)作用。適用于中心距較大的兩軸間傳動(dòng)。

不足：傳動(dòng)速比不夠準(zhǔn)確。

二、主軸組件的傳動(dòng)方式及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、同步齒形帶傳動(dòng)、電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)1.傳動(dòng)方式（1）齒輪傳動(dòng)輪齒的（4）電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)對(duì)于轉(zhuǎn)速小于3000r/min的主軸，采用異步電動(dòng)機(jī)和聯(lián)軸器直接驅(qū)動(dòng)主軸。如高速內(nèi)圓磨床的磨頭。

對(duì)于轉(zhuǎn)速小于8000r/min的軸，采用變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。此傳動(dòng)無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，傳動(dòng)比大且準(zhǔn)確，傳動(dòng)精度高；可傳遞較大動(dòng)力，傳動(dòng)平穩(wěn)；不需特別張緊，對(duì)軸和軸承壓力小，傳動(dòng)效率高；不需潤(rùn)滑，耐腐蝕，耐高溫。

不足：制造工藝復(fù)雜，安裝條件高。

（3）同步齒形帶傳動(dòng)通過(guò)帶上的齒與帶輪上的輪齒傳遞傳動(dòng)（4）電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)此傳動(dòng)無(wú)相對(duì)滑動(dòng)三支承方式對(duì)三支承孔的同心度要求較高，制造裝配較復(fù)雜。要求“主”支承應(yīng)該消除間隙或預(yù)緊，“輔助”支承應(yīng)保留一定的徑向間隙或選用較大游隙的軸承。以免發(fā)生干涉，惡化主軸的工作性能，使空載功率大幅度上升和軸承溫升過(guò)高。（1）主軸的支承數(shù)目

2）三個(gè)支承

①前、后支承為主要支承，中間支承為輔助支承；②前、中支承為主要支承，后支承為輔助支承。

1）前、后兩個(gè)支承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，應(yīng)用廣泛。為提高剛度，前后支承應(yīng)消除間隙或預(yù)緊。

2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三支承方式對(duì)三支承孔的同心度要求較高，制造裝配

①前端配置（前端定位）指推力軸承布置在前支承處。該配置在前支承處軸承較多，發(fā)熱大，溫升高，但主軸受熱后向后伸長(zhǎng)，不影響軸向精度，精度高。用于軸向精度和剛度要求較高的高精度機(jī)床或數(shù)控機(jī)床。主軸軸向定位指為使主軸具有足夠的軸向剛度和軸向位置精度，推力軸承在主軸前后支承的配置形式。它影響主軸的剛度、熱變形方向和大小。（2）主軸軸向定位①前端配置（前端定位）指推力軸承布置在前支承處。

②后端配置（后端定位）推力軸承布置在后支承處。主軸前支承處軸承較少，發(fā)熱少，溫升低；但主軸受熱后向前伸長(zhǎng)，影響軸向精度。常用于軸向精度要求不高的普通機(jī)床，如立銑、多刀車(chē)床。

③兩端配置（兩端定位）推力軸承布置在前后兩個(gè)支承處。主軸受熱伸長(zhǎng)后，影響主軸軸承的軸向間隙。故需采用彈簧消除間隙和補(bǔ)償熱變形。常用于較短主軸或軸向間隙變化不影響正常工作的機(jī)床。如組合機(jī)床主軸。②后端配置（后端定位）推力軸承布置在后支承處。

布置原則

應(yīng)使由傳動(dòng)力引起的主軸彎曲變形小，引起主軸前端在影響加工精度的敏感方向上的位移小。

方法傳動(dòng)件軸向布置盡量靠近前支承，有多個(gè)傳動(dòng)件時(shí)，最大傳動(dòng)件應(yīng)靠近前端。

傳動(dòng)件在前支承內(nèi)側(cè)齒輪在兩支承中間靠近前支承。前支承直徑大，剛度高，大齒輪靠前可減少主軸的彎曲變形，而且轉(zhuǎn)矩傳遞長(zhǎng)度短，扭轉(zhuǎn)變形小，使用最普遍。（3）傳動(dòng)件的軸向布置布置原則應(yīng)使由傳動(dòng)力引起的主軸彎曲變形小，引

傳動(dòng)件在前支承外側(cè)齒輪在主軸的前懸伸端，用于具有大轉(zhuǎn)盤(pán)的機(jī)床，如:立式車(chē)床、鏜床。

傳動(dòng)件在后支承外側(cè)

傳動(dòng)件放在主軸的后懸伸端，使前后支承獲得較好的支承跨距。多用于主軸的帶傳動(dòng)。使更換傳動(dòng)帶方便，防止油液的侵蝕。傳動(dòng)件在前支承外側(cè)齒輪在主軸的前懸伸端，用于具有

3.主軸前端懸伸量a

取決于主軸端部的結(jié)構(gòu)、前支承軸承的配置和密封裝置的型式和尺寸。在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下，盡量縮短懸伸量a

。

1.前支承軸頸D1主軸直徑越大其剛度越大，主軸組件尺寸越大。在保證主軸組件剛度的同時(shí)，盡量減小軸頸D1的尺寸。五、主軸主要尺寸參數(shù)的確定

2.主軸內(nèi)孔直徑d

內(nèi)孔直徑d與主軸的用途有關(guān)。在保證主軸剛度的同時(shí)，參考主軸直徑和刀桿直徑確定d。3.主軸前端懸伸量a取決于主軸端部的結(jié)構(gòu)、跨距L減小時(shí)，主軸彎曲變形較小，但支承變形又引起主軸前端的位移量增大；跨距L增大時(shí)，主軸彎曲變形也增大，也會(huì)引起主軸前端較大的位移。通常參考值為

L≥(2~3.5)a設(shè)計(jì)時(shí)，要確定一個(gè)最佳支承垮距L，使主軸彎曲變形和支承變形引起的主軸前端總位移量最小。4.主軸支承間垮距L垮距的大小影響主軸彎曲和前端位移量?？缇郘減小時(shí)，主軸彎曲變形較小，但支承變形又引起三、主軸滾動(dòng)軸承

◆

滾動(dòng)軸承能在轉(zhuǎn)速和載荷變化幅度很大的條件下穩(wěn)定工作。

◆

滾動(dòng)軸承能在無(wú)間隙，甚至在預(yù)緊（有一定過(guò)盈量）的條件下工作。故滾動(dòng)軸承的摩擦系數(shù)小，有利于減小發(fā)熱。

1.滾動(dòng)軸承的特點(diǎn)

◆

滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑容易，可以用油脂，一次填裝可用到修理時(shí)再換脂。如用油潤(rùn)滑，單位時(shí)間用油量也比滑動(dòng)軸承少。

◆滾動(dòng)軸承由軸承廠生產(chǎn)，質(zhì)量穩(wěn)定，成本低，經(jīng)濟(jì)性好。滾動(dòng)軸承的缺點(diǎn)：滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體數(shù)量有限，其徑向剛度是變化的，易引起振動(dòng)，阻尼低，振幅較大。滾動(dòng)軸承的徑向尺寸比滑動(dòng)軸承大。三、主軸滾動(dòng)軸承◆滾動(dòng)軸承能在轉(zhuǎn)速和載荷變化幅

1）轉(zhuǎn)速較高，負(fù)載不大，而旋轉(zhuǎn)精度要求較高，采用球軸承。

2）轉(zhuǎn)速較低，負(fù)載大或有沖擊負(fù)載，采用滾子軸承。

3）徑向載荷和軸向載荷都較大時(shí)，如果轉(zhuǎn)速高，采用角接觸球軸承。如果轉(zhuǎn)速不高，采用圓錐滾子軸承。

2.選擇滾動(dòng)軸承選擇的基本原則

4）軸向載荷比徑向載荷大得多，但轉(zhuǎn)速較低時(shí)，采用兩種不同類(lèi)型的軸承組合，分別承受軸向和徑向負(fù)載。

5）徑向載荷比軸向載荷大得多，且轉(zhuǎn)速較高，采用深溝球軸承。

6）支承剛度要求較高時(shí)，可采用成對(duì)角接觸型軸承。1）轉(zhuǎn)速較高，負(fù)載不大，而旋轉(zhuǎn)精度要求較高，采用球軸承。

“背靠背組合”，使軸承的接觸線與軸線的交點(diǎn)間距大，抵抗彎曲變形的支反力矩大，支承剛度比“面對(duì)面組合”高，應(yīng)用廣泛。

3.角接觸球滾動(dòng)軸承組合安裝

機(jī)床主軸常選用“背靠背組合”，為什么？“背靠背組合”，使軸承的接觸線與軸線的交點(diǎn)間距大與鋼軸承相比具有：①高速下重量輕，作用在滾動(dòng)體上的離心力較小，壓力和滑動(dòng)摩擦??；②滾動(dòng)體熱膨脹系數(shù)小，溫升較低，軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中預(yù)緊力變化緩慢，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)；③彈性模量大，軸承的剛度增大。

4.陶瓷滾動(dòng)軸承

1）特點(diǎn)

2）陶瓷軸承的應(yīng)用

①陶瓷鋼混制軸承其滾動(dòng)體和外圈采用不同材料，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)分子親合力很小，摩擦系數(shù)小，有一定的自潤(rùn)滑性能，可在供油中斷的無(wú)潤(rùn)滑時(shí)正常工作。適用于高速、超高速、精密機(jī)床的主軸組件。

②全陶瓷軸承適用于耐高溫、耐腐蝕、非磁性、電絕緣、要求減輕重量和超高速場(chǎng)合。與鋼軸承相比具有：①高速下重量輕，作用在滾動(dòng)體磁浮軸承是利用磁力來(lái)支承運(yùn)動(dòng)部件，使其與固定部件脫離接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)軸承功能。

①無(wú)機(jī)械磨損，運(yùn)轉(zhuǎn)無(wú)噪聲，溫度低，能耗??；不需要潤(rùn)滑，不污染環(huán)境；能在超低溫、高溫、真空、蒸氣腐蝕性環(huán)境中正常工作。

②磁力軸承主軸可以自適應(yīng)控制，通過(guò)監(jiān)測(cè)定子線圈電流，靈敏地控制切削力，并可通過(guò)檢測(cè)切削力微小變化來(lái)控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)，加工精度高。特別適用于高速、超高速加工。

5.磁浮軸承（磁力軸承）磁浮軸承的特點(diǎn)：磁浮軸承是利用磁力來(lái)支承運(yùn)動(dòng)部件，使其與固定部件脫

主軸的結(jié)構(gòu)取決于主軸上安裝的刀具、夾具、工件、傳動(dòng)件、軸承的類(lèi)型、數(shù)量、位置和安裝定位方法。三、主軸

1.主軸的結(jié)構(gòu)

主軸前端形式取決于機(jī)床的類(lèi)型和安裝夾具或刀具的形式。通用機(jī)床已有標(biāo)準(zhǔn)化的形式。

主軸整體結(jié)構(gòu)是空心階梯軸，外徑從前端到尾部逐漸減小。主軸的結(jié)構(gòu)取決于主軸上安裝的刀具、夾具、工件、

（2）精密、大載荷、有沖擊的機(jī)床主軸

采用中碳或低碳合金鋼，如40Cr，20Cr。進(jìn)行高頻淬火或滲碳淬火，提高耐磨性，硬度52~65HRC。2.主軸的材料及熱處理主軸的選材依據(jù)：載荷類(lèi)型、耐磨性、熱處理方法。（3）主軸材料的攻關(guān)點(diǎn)怎樣減小高速、高效、高精密機(jī)床主軸的熱變形、振動(dòng)。已誕生的新型材料有玻璃陶瓷材料。

（1）普通機(jī)床主軸

采用45#或60#優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼。在主軸支承軸頸及裝卡刀具的定位基面進(jìn)行局部高頻淬火，提高耐磨性，硬度為50~55HRC。（2）精密、大載荷、有沖擊的機(jī)床主軸采用中碳或低碳合金

（1）滿足主軸旋轉(zhuǎn)精度要求

①

主軸前后軸承軸頸的同軸度，

②

錐孔相對(duì)于前后軸頸中心連接線的徑向跳動(dòng)，

③定心軸頸及其定位軸肩相對(duì)于前后軸頸中心連線的徑向和軸向跳動(dòng)等。

3.主軸的技術(shù)要求

（2）其它性能要求

表面粗糙度，表面硬度等。（1）滿足主軸旋轉(zhuǎn)精度要求3.主一、支承件的基本要求四、提高支承件靜剛度的措施二、支承件的受力分析方式三、支承件的截面形狀設(shè)計(jì)原則五、支承件的材料項(xiàng)目二支承件設(shè)計(jì)一、支承件的基本要求四、提高支承件靜剛度的措

接觸剛度

指支承件的結(jié)合面在外載作用下抵抗接觸變形的能力。如導(dǎo)軌面產(chǎn)生接觸變形。

功用：相互連接構(gòu)成機(jī)床基礎(chǔ)，支承機(jī)床工作部件，承受載荷，以保證機(jī)床各部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。任務(wù)一支承件的功能和應(yīng)滿足的基本要求1.具有足夠靜剛度和較高固有頻率整體剛度（自身剛度）

床身承受載荷產(chǎn)生整體彎曲變形。整體剛度與支承件材料以及截面形狀、尺寸等影響慣性矩的參數(shù)有關(guān)。局部剛度

指支承件載荷集中的局部結(jié)構(gòu)處抵抗變形的能力。如導(dǎo)軌承受載荷產(chǎn)生局部變形。如臥式車(chē)床床身與導(dǎo)軌間的靜剛度關(guān)系接觸剛度指支承件的結(jié)合面在外載作用下抵抗接觸變形的能機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)3--機(jī)床主要部件設(shè)計(jì)課件

◆當(dāng)接觸壓強(qiáng)很小時(shí)，結(jié)合面存在表面精度誤差，結(jié)合面只有幾個(gè)高點(diǎn)接觸，實(shí)際接觸面積很小，接觸變形大，接觸剛度低。

◆當(dāng)接觸壓強(qiáng)較大時(shí)，結(jié)合面上的高點(diǎn)產(chǎn)生變形，接觸面積擴(kuò)大，故接觸剛度較高。接觸剛度隨接觸壓強(qiáng)的增加而增大?！艚Y(jié)合面間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的接觸剛度小于固定接觸的接觸剛度。

小結(jié)

接觸剛度取決于接合面的表面粗糙度和平面度、結(jié)合面的大小，材料硬度，接觸面的壓強(qiáng)等。

接觸剛度用結(jié)合面的平均壓強(qiáng)p與變形量δ之比表示。其特性是：◆當(dāng)接觸壓強(qiáng)很小時(shí)，結(jié)合面存在表面精度誤差，結(jié)

固有頻率

用剛度與質(zhì)量之比表示，即

◆重點(diǎn)理解：當(dāng)激振力頻率ω

接近固有頻率ω0時(shí)，支承件將產(chǎn)生共振。因此，設(shè)計(jì)時(shí)要求：ωo>1.3ω

◆設(shè)計(jì)要點(diǎn)：在滿足剛度的前提下，盡量減小支承件的質(zhì)量m，提高固有頻率ωo。

2.良好的動(dòng)態(tài)特性支承件有較高靜剛度、固有頻率、還應(yīng)有較大阻尼，薄壁面積應(yīng)小于400mm×400mm，避免薄壁振動(dòng)。

3.結(jié)構(gòu)合理通過(guò)失效處理，能充分消除內(nèi)應(yīng)力，形狀穩(wěn)定。

4.排屑暢通，工藝性好，成本低，吊運(yùn)安裝方便。固有頻率用剛度與質(zhì)量之比表示，即機(jī)床支承件要承受切削力、零部件重量、傳動(dòng)力等載荷。支承件所承受的載荷不同，設(shè)計(jì)時(shí)分析其受力方式不同。

1.中小型機(jī)床支承件受力分析以切削力為主。

2.精密和高精度機(jī)床支承部件載荷以移動(dòng)部件的質(zhì)量和熱應(yīng)力為主。如：雙柱立式坐標(biāo)鏜床的橫梁，受力分析考慮主軸箱位于橫梁中部時(shí)，橫梁的彎曲和扭轉(zhuǎn)變形。

3.大型機(jī)床支承件受力分析應(yīng)考慮工件重力，移動(dòng)部件重力和切削力等。一、支承件的受力分析方式任務(wù)二支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)床支承件要承受切削力、零部件重量、傳動(dòng)力等載荷二、支承件的截面形狀設(shè)計(jì)原則支承件變形主要是彎扭變形。且抗彎剛度和抗扭剛度隨支承件的截面慣性矩增大而增大。設(shè)計(jì)原則：

◆

截面積一定時(shí)，空心截面比實(shí)心截面的慣性矩大，滿足工藝要求時(shí)，應(yīng)盡量減小壁厚，提高抗彎剛度。

◆

承受一個(gè)方向彎矩的支承件，當(dāng)高度方向?yàn)槭軓澐较驎r(shí)，截面形狀應(yīng)為矩形。

◆

承受彎扭作用的支承件，截面形狀應(yīng)為方形。

◆

承受純轉(zhuǎn)矩的支承件，截面形狀應(yīng)為圓環(huán)形。

◆

不封閉截面剛度遠(yuǎn)小于封閉截面剛度，盡量將支承件制成封閉形狀。

◆

截面不能封閉的支承件，應(yīng)采取補(bǔ)償剛度措施。二、支承件的截面形狀設(shè)計(jì)原則支承件變形三、提高支承件靜剛度的措施

◆

從抗彎剛度、鑄造工藝、支承件功用綜合考慮，支承件截面不能完全封閉，存在剛度損失。

◆

導(dǎo)軌與床身的過(guò)渡連接處存在局部剛度損失。

◆

箱體軸承孔處存在剛度損失。為什么要進(jìn)行剛度補(bǔ)償？三、提高支承件靜剛度的措施◆從抗彎剛縱向隔板應(yīng)布置在彎曲平面內(nèi)，即隔板的高度方向與作用力F的方向一致，如圖?？v向隔板能提高抗彎剛度。

1.隔板和加強(qiáng)肋

（1）隔板（肋板）是連接外壁間的內(nèi)壁。作用是將局部載荷傳遞給其它壁板，使整個(gè)支承件較均勻地承受載荷。

縱向隔板縱向隔板應(yīng)布置在彎曲平面內(nèi)，即隔板的高度方向與作無(wú)橫向隔板時(shí)，相對(duì)抗扭剛度很低；增加一個(gè)端面橫向隔板時(shí)，抗扭剛度成倍增加，均勻布置三個(gè)橫向隔板后，抗扭剛度又成倍增加。

支承件內(nèi)增加橫向隔板能提高抗扭剛度。斜板是多個(gè)橫隔板和縱隔板組合形成。支承件內(nèi)增加斜板可提高抗彎和抗扭剛度。

斜向隔板

橫向隔板無(wú)橫向隔板時(shí)，相對(duì)抗扭剛度很低；增加一個(gè)端面橫向

（2）加強(qiáng)肋（肋條）配置在外壁內(nèi)側(cè)或內(nèi)壁上，其作用是加強(qiáng)局部剛度和減少薄壁振動(dòng)。注意：肋條高應(yīng)約為支承件壁厚的5倍。

圖a，用加強(qiáng)肋提高導(dǎo)軌與床身過(guò)渡連接處的局部剛度。

圖b，用加強(qiáng)肋提高箱體軸承孔處的局部剛度。（2）加強(qiáng)肋（肋條）配置在外壁內(nèi)側(cè)或內(nèi)壁上

圖c、d、e

為工作臺(tái)等板形支承件的加強(qiáng)肋。提高抗彎剛度，避免薄壁振動(dòng)。圖c、d、e為工作臺(tái)等板形支承件的加強(qiáng)肋。

2.支承件開(kāi)孔后的剛度補(bǔ)償立柱或橫梁中為安裝機(jī)件或工藝需要，需要開(kāi)孔，從而造成抗扭、抗彎剛度的損失。

（1）在孔上加蓋板，用螺栓將蓋板固定在壁上。

（2）也可將孔的周邊加厚（翻邊），再加嵌入式蓋板。剛度補(bǔ)償方法：2.支承件開(kāi)孔后的剛度補(bǔ)償立柱或橫梁中

3.提高接觸剛度

◆相對(duì)滑動(dòng)的連接面和重要的固定結(jié)合面須精磨或配對(duì)刮研，以增加接觸面積。

◆

緊固螺栓應(yīng)使結(jié)合面有>2MPa的接觸壓強(qiáng)，以消除結(jié)合面的平面度誤差，增大結(jié)合面積。

◆結(jié)合面承受彎矩時(shí)，應(yīng)使較多的緊固螺栓布置在受拉面，承受拉應(yīng)力。

◆

結(jié)合面承受轉(zhuǎn)矩時(shí)，螺栓遠(yuǎn)離扭轉(zhuǎn)中心，均勻分布在四周。3.提高接觸剛度◆相對(duì)滑動(dòng)的連接面和第二節(jié)支承件設(shè)計(jì)五、支承件的材料

灰口鑄鐵的鑄造、切削性能好，易得到復(fù)雜形狀；阻尼大，有良好的抗振性能；加入少量合金元素可提高耐磨性。（1）機(jī)床支承件常采用鑄鐵

1.鑄鐵

是加入少量的鉻、硅、稀土等合金元素的灰口鑄鐵。（2）支承鑄件消除應(yīng)力的方式

◆

鑄件壁厚不均勻，鑄造冷卻中產(chǎn)生鑄造應(yīng)力，鑄造后應(yīng)進(jìn)行自然失效處理。

◆精密機(jī)床支承件，粗加工前自然失效，粗加工后人工失效，充分消除鑄造應(yīng)力。

◆

床身、立柱、橫梁等進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效，消除內(nèi)應(yīng)力。第二節(jié)支承件設(shè)計(jì)五、支承件的材料

2.鋼材

特點(diǎn)及應(yīng)用

◆不用鑄模，制作周期短。

◆鋼件抗彎剛度大于鑄鐵件。

◆滿足剛度要求時(shí)，鋼件比鑄件壁厚薄一半，重量減輕20%~30%。但阻尼為鑄件的1/3，抗振性能差。

◆適合于生產(chǎn)數(shù)量少，品種多的大型床身的制造。常用Q235-A，20鋼的鋼板和型鋼焊接成支承件。2.鋼材特點(diǎn)及應(yīng)用常

3.樹(shù)脂混凝土