第三章機床典型部件設計

1、第三章第三章 典型部件設計典型部件設計第一節(jié)第一節(jié) 主軸部件設計主軸部件設計 主軸部件是機床重要部件之一，它是機床的執(zhí)行件。其功用是支承并帶動工件或刀具旋轉進行切削，承受切削力和驅動力等載荷，完成表面成形運動。 主軸部件由主軸及其支承軸承、傳動件、密封件及定位元件等組成。 主軸部件的工作性能對整機性能和加工質量以及機床生產率有著直接影響，是決定機床性能和技術經(jīng)濟指標的重要因素。 一、主軸部件應滿足的基本要求一、主軸部件應滿足的基本要求 1.1.旋轉精度旋轉精度 主軸的旋轉精度是指機床主軸部件裝配后，在空載、低速轉動條件下，在安裝工件或刀具的主軸部位的徑向跳動和軸向跳動（靜態(tài)測量評定法）。 2.

2、2.剛度剛度 主軸部件的剛度是指其在外加載荷作用下抵抗變形的能力，通常以主軸前端部產生一個單位位移的彈性變形時，在位移方向上所施加的作用力的大小來表示。主軸部件的剛度是綜合剛度，是主軸、軸承和軸承座等剛度的綜合反映，其靜剛度不足則對加工精度和機床性能有直接影響。主軸部件應滿足的基本要求主軸部件應滿足的基本要求 3.3.抗振性抗振性 主軸部件的抗振性是指抵抗受迫振動和自激振動而保持平穩(wěn)運轉的能力。主軸部件的振動會直接影響工件的表面質量和刀具的使用壽命，并產生噪聲。 4.4.溫升及熱變形溫升及熱變形 主軸部件運轉時，因各相對運動處的摩擦生熱，切削區(qū)的切削熱等使主軸部件的溫度升高，其尺寸、形狀及位置

3、發(fā)生變化，造成主軸部件的熱變形。 5.5.精度保持性精度保持性 主軸部件的精度保持性是指長期地保持其原始制造精度的能力。主軸部件喪失其原始精度的主要原因是磨損。 二、主軸部件的傳動方式二、主軸部件的傳動方式 主軸部件的傳動方式主要有齒輪傳動、帶傳動、電動機直接驅動等，可根據(jù)主軸的轉速、所傳遞的扭矩，對運動平穩(wěn)性等要求來進行傳動方式的選擇。 1.1.齒輪傳動齒輪傳動 結構簡單、緊湊，傳遞扭矩較大，能適應變轉速、變載荷下工作。其缺點是線速度不能過高，通常小于（1215m/s）,不如帶傳動平穩(wěn)。 2.2.帶傳動帶傳動 結構簡單，制造容易，成本低廉，特別適合于大中心距的兩軸傳動。皮帶有彈性可吸振，故傳

4、動平穩(wěn)，噪聲小，適宜高速傳動。由于帶傳動（除同步帶外）是靠摩擦力傳動，在過載中會打滑，能起過載保護作用，但其不能用在速比要求準確的場合。 同步齒形帶是通過封閉環(huán)形帶上的齒形與帶輪上的輪齒相嚙合來傳遞運動和動力，其齒形有兩種：梯形齒和圓弧齒。 與其它傳動相比，同步帶有下列特點： 1）傳動比準確，工作時無滑動； 2）傳動效率高，一般可達98%，與V帶相比較，可節(jié)能10%以上； 3）傳動平穩(wěn)，能吸收振動，噪聲小； 4）使用范圍廣，傳動比可達1:10，高速達50m/s，傳遞功率高達100300kW，且?guī)л喼睆叫?，不須多大的張緊力，故結構緊湊； 5）維護方便，能在高溫、灰塵、水及腐蝕介質環(huán)境中工作，而無

5、需潤滑； 6）安裝要求高，兩帶輪軸線平行，中心距要求嚴格； 7）帶與帶輪的制造工藝較復雜。 3.電動機直接驅動方式將主軸與電動機制成一體。 三、主軸部件結構設計三、主軸部件結構設計 （一）主軸部件的支承數(shù)目（一）主軸部件的支承數(shù)目 多數(shù)機床的主軸采用前、后兩個支承。該支承方式結構簡單，制造裝配方便，易保證精度。為提高其剛度，前后支承應消除間隙或預緊。 某些機床由于結構設計上的原因，導致主軸箱長度較長，此時應增設中間支承來提高主軸部件的剛度和抗振性。但對三支承主軸而言，通常只有兩個支承（其中一個為前支承）起主要作用，而另一個支承起輔助作用，即處于徑向“浮動”狀態(tài)，以保證主軸部件的剛度和旋轉精度。

6、 統(tǒng)計結果表明，采用三支承的主軸，以前、中支承為主要支承的約占80%；以前、后支承為主要支承的約占20%。 （二）推力軸承位置配置型式（二）推力軸承位置配置型式 主軸部件承受軸向力的推力軸承配置方式直接影響主軸的軸向位置精度。 1.1.前端配置前端配置（前端定位）主軸受熱變形向后延伸，不影響軸向精度，但前支承結構復雜，軸承調隙不便，前支承處發(fā)熱量大。適用于軸向精度和剛度要求較高的精密機床（如精密車床、精密銑床、坐標鏜床、落地鏜床等）或數(shù)控機床。 2.2.后端配置后端配置（后端定位） 其特點與上述相反。適用于普通精度機床（如立式銑床、多刀車床等）。 3.3.兩端配置兩端配置 主軸受熱伸長后，影響

7、主軸軸承的軸向間隙。常用于短主軸（如組合機床主軸）或軸向間隙變化不影響主軸正常工作的機床（如鉆床）。 4.4.中間配置中間配置 其特點與前端配置相近，但其主軸前端的懸伸量要比前端配置結構短些。 （三）主軸傳動件位置的合理布置（三）主軸傳動件位置的合理布置 1.傳動件在主軸上軸向位置的合理布置 合理布置傳動件在主軸上的軸向位置，可改善主軸的受力情況，減小主軸變形，提高其抗振性。其主要原則是盡量使傳動力引起的主軸彎曲變形要?。灰鹬鬏S前端在影響加工精度敏感方向上的位移要小。因此，主軸上的傳動件應盡量靠近前支承布置，有多個傳動件時，其中最大的傳動件應靠近前支承。 根據(jù)傳動件在不同的軸向位置時及傳動力

8、Q在不同方向作用時，分析其不同特點及應用范圍。 在切削力F 的作用下，使主軸軸端產生位移，根據(jù)位移疊加原理，軸端總位移Y 為 式中：Y1剛性支承上彈 性主軸端部位移量； Y2彈性支承上剛 性主軸端部位移量； 21YYY 1）傳動件布置在跨距之間 大多數(shù)機床都采用這種布局，例如臥式車床、六角車床、臥式鏜床和銑床主軸上齒輪的布置。 當切削力F 和傳動力Q 的方向相同時，其所引起的主軸前端變形可相互抵消一部分，則主軸前端總變形量減小，但主軸前支承受力較大，要求前軸承有較高的承載能力和較大的剛度。這種布局一般適用于精度較高或前支承剛度較高的機床。 當切削力F 和傳動力Q 的方向相反，則主軸前端總變形量

9、大，但前支承受力較小，故一般適用于精度較高的臥式機床。 2）傳動件布置在主軸尾部 這種情況在外圓磨床、內圓磨床的砂輪主軸中常見。皮帶輪安裝在主軸尾部，則皮帶拉力與切削力F 同向，不能使切削力F 和傳動力Q 所引起的主軸前端變形部分地相互抵消。 所以，這種布局可用于皮帶拉力較小的場合。若皮帶拉力很大，則可考慮采用卸荷式結構。 3）傳動件布置在主軸前懸伸端 當切削力F 和傳動力Q 均作用在主軸前端時，可使兩者方向相反，從而使其引起的主軸前端變形部分地相互抵消。此外，前支承反力也較小。切削力F 和傳動力Q 均作用在主軸前端，還可使主軸受扭長度較短，但傳動件需要安裝在前支承外面，增加了主軸的懸伸長度，

10、結構上也較復雜。這種布局一般只適用于大型機床，如大型臥式車床、立式車床等的主軸組件。 2.驅動主軸的傳動軸位置的合理布置 主軸受到的驅動力Q 相對于切削力F 的方向取決于驅動主軸的傳動軸的空間位置。應盡可能將該驅動軸布置在合適的位置，使驅動力Q 引起的主軸變形可抵消一部分因切削力F引起的主軸軸端精度敏感方向上的位移。對切削力F 是旋轉變化或以軸向載荷為主的主軸不在此列。 （四）主軸主要結構參數(shù)的確定（四）主軸主要結構參數(shù)的確定 主軸的結構參數(shù)有主軸前、后軸頸直徑D1和D2，內孔直徑d，前端懸伸量a，以及主軸主要支承間的跨距L。這些參數(shù)直接影響主軸的旋轉精度和剛度。 1.1.主軸前軸頸直徑主軸前

11、軸頸直徑D1的選取的選取 一般按機床類型、主軸傳遞的功率或最大加工直徑來選?。蓞⒖急?10）。 對車床、銑床： 由于主軸是一階梯軸，其平均直徑D與前軸頸直徑D1有如下關系： （D 的計算應在主軸設計完成之后才能進行）1285. 07 . 0DD DD15. 11 . 11 2.2.主軸內孔直徑主軸內孔直徑d 的計算的計算 很多機床主軸具有內孔，其主要用途為通過棒料和安裝工具。主軸內孔直徑在一定范圍內，對主軸剛度影響較小，可以不計，但若超過此范圍則是主軸剛度急劇下降。主軸內孔直徑除與機床類型有關外，一般受主軸后軸頸的直徑所限制。為不過多地削弱主軸的剛度，一般d 的尺寸確定為 對臥式車床 對于六

12、角、自動和半自動車床、臥式鏜床（鏜桿主軸） 對銑床 d 可比刀具拉桿直徑大510mm即可。 Dd60. 055. 0Dd65. 06 . 0 3.3. 主軸前端懸伸量的確定主軸前端懸伸量的確定 主軸前端懸伸量a 是指主軸前端面到前軸承徑向反力作用中點（或前徑向支承中點）的距離。它主要取決于主軸端部的結構（其形狀與尺寸均以標準化），以及前支承軸承配置和密封裝置的形式和尺寸。在滿足結構要求的前提下，設計時應使a 值越小越好。 4.4.主軸主要支承間跨距主軸主要支承間跨距L 的確定的確定 合理確定主軸主要支承間的跨距L，是獲得主軸部件最大靜剛度的重要條件之一。如L 小，則彎曲變形小，但因支承變形引起

13、主軸前軸端的位移量增大；如L 大，情況則相反，即因彎曲變形增大也會引起主軸前端面的位移量增大。因此存在著一個最佳跨距L0。即當采用L0時，主軸前端面的總位移量最小。一般取L0 =（23.5）a （五）主軸（五）主軸 1.1.主軸的構造主軸的構造 主軸的構造和形狀主要決定于主軸上所安裝的刀具、夾具、傳動件、軸承等零件的類型、數(shù)量、安裝位置及定位方法等。設計時還應考慮到主軸的加工工性和裝配工藝性。 主軸的前端形式取決于機床類型和安裝夾具及刀具的型式。 2.2.主軸的材料及熱處理主軸的材料及熱處理 主軸材料主要根據(jù)剛度、載荷特點、耐磨性要求和熱處理后變形情況而定。普通中碳鋼（45鋼）首選，其次為合金

14、鋼?？刹殚喯嚓P手冊。 3.3.主軸的設計要求主軸的設計要求 主軸的技術要求，應根據(jù)機床精度標準的有關項目制定。它應滿足設計要求、工藝要求、檢測要求以及圖面質量的要求，應盡量做到設計、工藝、測量的基準相統(tǒng)一。 四、主軸滾動軸承四、主軸滾動軸承 軸承是主軸部件中的重要組成部分，軸承的類型、精度、結構、配置方式、安裝調整、以及潤滑和冷卻等，都直接影響著主軸部件的工作性能。 主軸的旋轉精度在很大程度上由其軸承決定。軸承的變形量約占主軸部件總變形量的3050%，其發(fā)熱量占的比重也較大。 對主軸軸承的基本要求是旋轉精度高、剛度高、承載能力強、速度性能高、抗振性好、摩擦小、噪聲低、壽命長等。 （一）主軸部件

15、主要支承常用滾動軸承（一）主軸部件主要支承常用滾動軸承 1.1.角接觸球軸承角接觸球軸承 需成組（23個）使用； 2. 2. 雙列短圓柱滾子軸承雙列短圓柱滾子軸承3. 3. 圓錐滾子軸承圓錐滾子軸承需成對使用需成對使用n4. 4. 推力軸承推力軸承n5. 5. 雙向推力角接觸球軸承雙向推力角接觸球軸承 6. 6. 陶瓷滾動軸承陶瓷滾動軸承 其密度與線膨脹系數(shù)比軸承鋼小得多，而彈性模量比軸承鋼大。 常用的陶瓷滾動軸承有三種類型，其常用型式有角接觸式和雙列圓柱式，其輪廓尺寸一般與鋼制軸承完全相同，可以互換。 7. 7. 磁浮軸承（磁力軸承）磁浮軸承（磁力軸承） 利用磁力使支承運動的部件與其固定部件

16、脫離接觸來實現(xiàn)軸承的功能。 其特點是無機械磨損，理論上無速度限制；無噪聲，溫升低，能耗小，不需潤滑；可在超低溫和高溫下工作等。裝有磁浮軸承的主軸可實現(xiàn)適應控制，通過檢測定子線圈電流控制切削力，通過檢測切削力的變化來調整控制機械運動，以提高加工質量。 （二）幾種典型的主軸軸承配置形式（二）幾種典型的主軸軸承配置形式 主軸軸承的配置形式應根據(jù)剛度、轉速、承載能力、抗振性和噪聲等要求來選擇。其典型的配置方式有速度型、剛度性和剛度速度型三種。 1. 速度型適用于高速輕載或精密機床。 2. 剛度型適用于中速和切削負載較大、剛度要求高的機床。 3. 剛度速度型介于前兩者之間。 其它典型機床主軸部件（三）滾

17、動軸承精度等級的選擇（三）滾動軸承精度等級的選擇 主軸軸承中前、后軸承的精度對主軸旋轉精度的影響是不同的。 當 時，主軸前端軸心偏移量： 當 時，主軸前端軸心偏移量：0, 0ba0, 0baaaLaL1bbLa1n顯然，前支承的精度比后支承對主軸部件的旋轉精度影響大。因此，應選擇前軸承的精度比后軸承高一些，一般高一級。另外，在安裝軸承時，如將前、后軸承的偏移方向放在同一側，可有效地減少主軸前端的偏移。n機床主軸軸承的精度除P2、P4、P5、P6四級外，新標準中又補充了SP和UP兩級。 （四）主軸滾動軸承的預緊（四）主軸滾動軸承的預緊 預緊是采用預加載荷的方法來消除軸承間隙，并且有一定的過盈量，

18、使?jié)L動體和內外圈接觸部分產生預變形，增加接觸面積，提高支承剛度和抗振性。預緊是提高主軸部件的旋轉精度、剛度和抗振性的重要手段。 預緊力通常分為三級。輕預緊（A）適用于高速主軸；中預緊（B）適用于中、低速主軸；重預緊（C）用于分度主軸。 1. 雙列短圓柱滾子軸承 調整環(huán)（隔套、過盈套等） 2. 角接觸球軸承 修磨法或彈簧。 （五）滾動軸承的潤滑和密封（五）滾動軸承的潤滑和密封 1. 潤滑減小摩擦，降低溫升。潤滑劑和潤滑方式的選擇主要取決于軸承的類型、轉速和工作負荷。試驗表明，速度較低時用潤滑脂較好；速度較高時用潤滑油較好。一般情況下，判斷的指標是速度因數(shù)dn（d軸承內徑mm，n轉速r/min）。

19、n（1）潤滑脂dn值較低，又不需冷卻的場合。它還可避免漏油現(xiàn)象。充填量應為軸承空隙的1/31/2。n（2）潤滑油可用于一切轉速，特別適用于高速，它還有沖洗作用。n1）油浴潤滑dn值較低，油平面不能超過最低滾動體中心；n2）滴油潤滑dn值略高，15滴/min為宜；n3）循環(huán)潤滑dn值較高；n4）油霧潤滑或油氣潤滑，dn值最高；n5）高壓噴射潤滑。n2密封防止油外泄和雜物（切削液、灰塵、雜質等）進入。滾動軸承的潤滑與密封滾動軸承的潤滑與密封 五、主軸滑動軸承五、主軸滑動軸承 滑動軸承在運轉中因其阻尼特性好，故具有良好的抗振性和運動平穩(wěn)性。 主軸滑動軸承按產生油膜的方式，可分為動壓和靜壓軸承兩類。按

20、流體介質不同，可分為液體和氣體滑動軸承。 （一）動壓軸承 動壓軸承的工作原理是當主軸旋轉時，帶動潤滑油從間隙大處向間隙小處流動，形成壓力油楔而產生油膜壓力將主軸抬起。 油膜的承載能力與工作狀況有關，如速度、潤滑油的粘度、油楔結構等。轉速越高、間隙越小，油膜的承載能力越大。 動壓軸承按油楔數(shù)分為單油楔和多油楔。多油楔軸承有固定多油楔和活動多油楔兩類。 1固定多油楔滑動軸承 外圓磨床砂輪架主軸外圓磨床砂輪架主軸的固定多油楔滑動軸承的固定多油楔滑動軸承 2 2活動多油楔滑動軸承活動多油楔滑動軸承 活動多油楔利用浮動軸瓦自動調位來實現(xiàn)油楔。 （二）液體靜壓軸承（二）液體靜壓軸承 由一套專用供油系統(tǒng)、節(jié)

21、流器和軸承三部分組成。其優(yōu)點是：具有良好的速度和方向適應性；承載能力高；摩擦??；壽命長；旋轉精度高；抗振性好。 （三）氣體靜壓軸承（三）氣體靜壓軸承 第七節(jié)第七節(jié) 支承件設計支承件設計 一、支承件的功能和應滿足的基本要求 （一）支承件的功能 機床的支承件是指床身、立柱、橫梁、底座等大件，相互固定聯(lián)接成機床的基礎和框架。機床上其它零部件可以固定在支承件上，或者工作時在支承件的導軌上運動。因此，支承件的主要功能是保證機床上各零部件之間的相互位置和相對運動精度，并保證機床有足夠的靜剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性和耐用度等。 （二）支承件應滿足的基本要求n1）具有足夠的剛度和較高的剛度質量 比。n2）具有較好

22、的動態(tài)特性，包括較大的動剛 度和阻尼。n3）熱穩(wěn)定性好，熱變形對機床加工精度的 影響要小。n4）排屑暢通、吊運安全，并具有良好的結 構工藝性。 二、支承件的結構設計n 設計支承件時，應首先考慮所屬機床的類型、布局及常用支承件的形狀。在滿足機床工作性能的前提下，綜合考慮其工藝性。還要根據(jù)其使用要求，進行受力和變形分析，再根據(jù)所受的力和其他要求進行結構設計，初步?jīng)Q定其形狀和尺寸。通過計算機對其進行有限元分析和計算，求出其靜態(tài)剛度和動態(tài)特性，再對設計進行修改和完善，選出最佳結構形式，既能保證支承件具有良好的性能，又能盡量減輕重量，節(jié)約材料。 （一）機床的類型、布局和支承件的形狀（一）機床的類型、布局

23、和支承件的形狀 1機床的類型 根據(jù)所受外載荷的特點，可分為三類：n（1）中小型機床主要考慮切削力；n（2）精密和高精度機床主要考慮移動部件的重力和切削產生的熱應力；n（3）大型和重型機床工件和移動部件的重力，以及切削力等載荷應同時加以考慮。 2機床的布局形式對支承件形狀的影響 機床的布局形式直接影響支承件的結構設計。如床身是否傾斜排屑是否便暢；床身能否封閉影響其抗彎強度和抗扭強（剛）度。 3支承件的形狀可分為三類n（1）箱形類支承件在三個方向的尺寸上都相差不多。n（2）板塊類支承件在兩個方向上的尺寸比第三個方向上的尺寸大得多。n（3）梁類支承件在一個方向上的尺寸比另兩個方向上的尺寸大得多。 （

24、二）支承件的截面形狀和選擇（二）支承件的截面形狀和選擇 支承件結構的合理設計是應在最小重量條件下，具有最大靜剛度。靜剛度主要包括彎曲剛度和扭轉剛度，均與截面慣性矩成正比。截面形狀截面積均為 100 抗彎慣性矩 800/1.0 2412/3.02 4030/5.04 抗扭慣性矩 1600/1.0 4824/3.02 8060/5.04 108/0.07截面形狀截面積均為 100 抗彎慣性矩 833/1.04 2555/3.19 3333/4.17 5860/7.325 抗扭慣性矩 1400/0.88 2040/1.47 680/0.43 1316/0.822mm2mm 由前表比較后可知：n1）空

25、心截面的剛度比實心的大；n2）圓（或環(huán)）型截面的抗扭剛度比方形截面的好，但抗彎剛度比較低；n3）封閉截面的剛度遠遠大于開口截面的剛度。2mm 下圖是機床床身截面圖，均為空心矩形截面。 a 圖為典型的車床類床身，可承受彎曲和扭轉載荷； b 圖為鏜床、龍門刨床等機床的床身，主要承受彎曲載荷；圖c 用于大型和重型機床的床身，可采用三道壁或雙層壁結構，以提高剛度。 a) b) c) （三）支承件的肋板和肋條的布置（三）支承件的肋板和肋條的布置n 肋板是指聯(lián)接支承件四周外壁的內板，它能使支承件外壁的局部載荷傳遞給其他壁板，而使整個支承件承受載荷，加強支承件的自身剛度和整體剛度。肋板的布置方向取決于支承件

26、的受力變形方向。 肋板的布置方向取決于支承件的受力變形方向：水平布置的肋板有助于提高支承件水平面內的彎曲剛度；垂直布置的肋板有助于提高支承件垂直面內的彎曲剛度；而斜向肋板能同時提高支承件的抗彎和抗扭剛度。 一般將肋條配置于支承件某一內壁上，主要為了減小局部變形和薄壁振動，用來提高支承件的局部剛度。其厚度一般為床身壁厚的0.70.8倍。n局部增設肋條，提高局部剛度的例子如下圖所示。 （四）合理選擇支承件的壁厚（四）合理選擇支承件的壁厚 為減輕機床的重量，支承件的壁厚應根據(jù)工藝上的可能選擇得薄些。鑄件支承件的外壁厚可根據(jù)當量尺寸C來選擇。n C =（2L+B+H）/ 3n根據(jù)C值按表3-14來選擇

27、最小壁厚。壁厚應盡量均勻。n焊接支承件一般采用鋼板與型鋼焊接而成，其壁厚可查表3-15。由于鋼的彈性模量約比鑄鐵大一倍，所以用其焊接床身的抗彎剛度約為鑄鐵床身的1.45倍，在承受同樣載荷情況下，壁厚可比鑄鐵薄2/34/5，以減輕重量。但鋼的阻尼比鑄鐵小2/3，抗振性較差，所以焊接支承件在結構和焊縫上要采取抗振措施。 焊接支承件靠采用封閉截面形狀，正確布置肋板和肋條來提高剛度，大型機床及承受載荷較大的導軌處的壁板，往往采用雙層壁結構。 三、支承件的材料三、支承件的材料 （一）鑄鐵n一般支承件用灰鑄鐵制成?？梢澡T出形狀復雜的支承件，抗振性好，成本低，但制造周期長，適于成批生產。n常用鑄鐵的種類有級

28、鑄鐵（HT200）、級鑄鐵（HT150）、級鑄鐵（HT100）、合金鑄鐵等耐磨性好。n鑄造支承件要進行時效處理（自然失效、人工熱時效），以消除內應力。 （二）鋼板焊接結構n制造周期短，可制成封閉結構，便于產品更新和結構改進。近年來國際上用其代替鑄件作為支承件的趨勢不斷擴大。已從原來在單件小批生產的重型和超重型機床上應用，逐步發(fā)展到一定批量的中型機床中。 （三）預應力鋼筋混凝土n主要用于制作不常移動的大型機械的機身、底座、立柱等支承件。其剛度和阻尼比要比鑄鐵大5倍?？拐裥院茫杀镜?，但鋼筋的配置對支承件影響較大，一般三個方向都需配置。其缺點是脆性大，耐腐蝕性差，油滲導致疏松，所以表面應作處理。

29、（四）天然花崗巖n性能穩(wěn)定，精度保持性好，抗振性好，阻尼系數(shù)比鋼大15倍，耐磨性比鑄鐵高510倍，熱穩(wěn)定性好，抗氧化強，不導電，抗磁，與金屬不粘合，易于加工。缺點是抗沖擊性差，脆性較大，油、水易滲入其晶界中，使局部變形，難于制造成復雜零件。 （五）樹脂混凝土（人造花崗巖）n該材料是由熱固性樹脂、稀釋劑和固化劑三者組成的粘結劑和石子、砂粒、粉末等高充填多粒度的天然石料，通過聚合反應固化而成的復合材料。其剛度高，阻尼比為灰鑄鐵的810倍，抗振性好；熱穩(wěn)定性好，耐水、耐化學腐蝕。缺點是某些機械性能較低，但可以預埋金屬或添加加強纖維。其應用前景十分廣泛。 樹脂混凝土床身有以下三種結構型式：n（1）整體

30、結構適用于形狀不復雜的中小型機床床身；n（2）分塊結構適用于結構較復雜的大型機床床身構件；n（3）框架結構適用于結構簡單的大中型機床床身構件。 四、提高支承件結構性能的措施四、提高支承件結構性能的措施 （一）提高支承件的靜剛度和固有頻率n 主要方法是根據(jù)支承件受力情況合理地選擇其材料、截面形狀和尺寸、壁厚，合理地布置肋板與肋條，以提高結構整體和局部的彎曲剛度和扭轉剛度。 （二）提高動態(tài)特性 1改善阻尼特性 對鑄造支承件可采取砂芯不清除、附加減振材料等方法。 對焊接支承件可采取充填混凝土和減振焊縫等方法。n斷續(xù)焊縫和連續(xù)焊縫的減振能力不同，前者比后者的減振能力強，焊縫越短、相對間隔越大，則減振能

31、力越好；n單側焊接比兩側焊接減振能力強。 2.采用新材料制造支承件 （三）提高熱穩(wěn)定性 1控制溫升加大散熱面積、設置風扇來加強散熱；可分離和隔絕熱源。 2.采用熱對稱結構熱對稱結構是指在發(fā)生熱變形時，其工件或刀具回轉中心線的位置基本保持不變，因而減小了對加工精度的影響。 3采用熱補償裝置（均衡溫度場）n其方法是在支承件發(fā)生熱變形的相反方向上采取措施，產生相應的反方向熱變形，使兩者之間影響相互抵消，減少綜合熱變形。n目前，國內外都已能利用計算機和檢測裝置進行熱位移補償。 第八節(jié)第八節(jié) 導軌設計導軌設計 一、導軌的功用和應滿足的基本要求一、導軌的功用和應滿足的基本要求 （一）導軌的功用和分類 導軌

32、的功用是承受載荷和導向。 它承受安裝在導軌上的運動部件及工件的質量及切削力，運動部件可以沿導軌運動。其中，運動的導軌成為動導軌，不動的導軌稱為靜導軌（支承導軌）。 導軌按結構型式可分為開式導軌和閉式導軌。 導軌按摩擦性質可分為滑動導軌和滾動導軌。 滑動導軌中又可分為普通滑動導軌、靜壓導軌和卸荷導軌等。 （二）導軌應滿足的要求（二）導軌應滿足的要求n （1）導向精度好 導軌的幾何精度和接觸精度，導軌的結構型式，導軌與支承件的剛度和熱變形，導軌的油膜厚度和剛度等。n （2）承載能力大、剛度好 導軌受力后的接觸變形，扭彎變形及因支承件變形而引起導軌的變形等。n （3）精度保持性好 主要由導軌的耐磨性

33、所決定。n （4）低速運動平穩(wěn)性好。n （5）結構簡單，工藝性好。二、導軌的截面形狀選擇和導軌間隙的調整 （一）直線運動導軌的截面形狀 其截面形狀主要有四種：矩形、三角形、燕尾形和圓柱形。他們可以互相組合，各種導軌副之中還有凸凹之分。 1. 矩形導軌 承載能力大，剛度好，制造簡便，檢驗維修方便，但存在側向間隙，導向性差。適用于載荷較大而導向性要求略低的機床。2.三角形導軌 其頂角=90120，越小，導向性越好，但摩擦力越大；越大，承載能力增加，但導向性變差。所以小角用于輕載精密機械，大角用于大、重型機床。其結構有對稱式和不對稱式兩種。當水平力大于垂直力，兩側壓力分布不均時，可采用不對稱導軌。3

34、. 燕尾形導軌 可承受較大的顛覆力矩，其高度方向尺寸小，結構緊湊，間隙調整方便。缺點是剛度較差，加工檢驗和維修不大方便。適用于受力小，層次多，要求間隙調整方便的部件。4. 圓柱形導軌 制造方便、工藝性好，但磨損后較難調整和補償間隙。主要用于承受軸向負荷的導軌。應用較少。n上述四種截面的導軌尺寸已經(jīng)標準化了，可參考有關機床標準。 （二）回轉運動導軌的截面形狀（二）回轉運動導軌的截面形狀 1. 平面環(huán)形導軌 結構簡單、制造方便，能承受較大的軸向載荷，但不能承受徑向力，因而需與主軸聯(lián)合使用。適用于由主軸定心的各種回轉運動導軌的機床（如高速大載荷立式車床、齒輪機床等）。 2. 錐面環(huán)形導軌 制造較難，

35、除能承受軸的軸向載荷外，還能承受一定的徑向載荷，但不能承受較大的顛覆力矩。3. 雙錐面導軌 能承受較大的徑向力、軸向力和一定的顛覆力矩，但制造困難。 （三）導軌的組合形式 機床直線運動導軌通常由兩條導軌組合而成。 1. 雙三角形導軌 導向型和精度保持性都高，但工藝性差。多用于精度要求較高的機床，如絲杠車床、導軌磨床、單柱坐標鏜床以及齒輪加工機床等。2. 雙矩形導軌 承載能力大，但導向性差。多用于普通精度機床和重型機床中，如組合機床、臥式鏜床、拉床和重型車床的床身導軌。雙矩形導軌根據(jù)導向方式不同可分為寬式組合和窄式組合，其中后者比前者應較多。 3. 矩形三角形組合 它兼有導向性好、剛度高和制造方

36、便的優(yōu)點，應用最廣。溫度變化時不會改變導軌面的接觸情況，但熱變形會使移動部件水平偏移，兩條導軌磨損程度也不一樣，對位置精度有影響。它多用在如車床溜板、磨床、龍門銑床、滾齒機、坐標鏜床的工作臺導軌。 4. 矩形燕尾形導軌組合n它能承受較大力矩，調整方便，多用在橫梁、立柱、搖臂導軌中。（四）導軌間隙的調整（四）導軌間隙的調整n 導軌面的間隙對機床工作性能有直接影響，如間隙過大，將影響運動精度和平穩(wěn)性；間隙過小，運動阻力大，導軌磨損加快。故應使導軌具有合理間隙，磨損后又能方便地調整。 1壓板 壓板用來調整輔助導軌面的間隙和承受顛覆力矩。2鑲條n鑲條用來調整矩形導軌和燕尾形導軌的側隙，鑲條應放在導軌受

37、力較小的一側，常用的有平鑲條和斜鑲條兩種。n平鑲條在全長方向上厚度均相等，易變形，剛度較低，應用較少。n斜鑲條為楔形鑲條，其兩個面分別與動、支承導軌相接觸，比平鑲條剛度高，但加工困難，其斜度一般為1:1001:40。 3導向調整板 它是一種新型鑲條，調整時利用其橫向變形增加厚度，對導軌間隙進行調整。 三、導軌的結構類型及特點三、導軌的結構類型及特點 （一）滑動導軌 導軌面上的油溝型式導軌面上的油溝型式n 它是具有一定動壓效應的混合摩擦狀態(tài)的導軌副。其優(yōu)點是結構簡單，制造方便和抗振性良好，缺點是磨損快。n1粘貼塑料軟帶導軌一般粘貼在較短 的動導軌上。n2金屬塑料復合導軌板與鑄鐵導軌組合。n3塑料

38、涂層導軌n4鑲鋼導軌（二）靜壓導軌（二）靜壓導軌n其工作原理與靜壓軸承相似。精度保持性好，但結構復雜，調整維修麻煩。多用于精密和高精度機床或低速運動機床中。n靜壓導軌按結構形式分為開式和閉式兩種。定壓閉式靜壓導軌 （三）卸荷導軌 其主要用來降低導軌面的壓力，減少摩擦阻力，從而提高導軌的耐磨性和低速運動平穩(wěn)性，尤其對大、重型機床常采用卸荷導軌。 1機械卸荷導軌 導軌上的一部分載荷由機械卸荷裝置來承受。 卸荷系數(shù)可表示導軌卸荷量的大小，由下式確定：式中：FH導軌上一個支座的卸荷力（N）； FW導軌上一個支座所承受的載荷（N） 對于大、重型機床，一般 = 0.7；對精密較高機床， 0.5。 2液壓卸荷導軌將高壓油壓入工作臺導軌上的縱向油槽中。 3自動調節(jié)氣壓卸荷導軌將壓縮空氣引入到工作臺的氣囊，形成氣墊，每個導軌面至少應有兩個氣墊。 WHHFFHH（四）滾動導軌（