第三章机床典型部件设计

1、第三章第三章 典型部件设计典型部件设计 第一节第一节 主轴部件设计主轴部件设计 主轴部件是机床重要部件之一，它是机床的执行件。 其功用是支承并带动工件或刀具旋转进行切削，承受切削 力和驱动力等载荷，完成表面成形运动。 主轴部件由主轴及其支承轴承、传动件、密封件及定 位元件等组成。 主轴部件的工作性能对整机性能和加工质量以及机床 生产率有着直接影响，是决定机床性能和技术经济指标的 重要因素。 一、主轴部件应满足的基本要求一、主轴部件应满足的基本要求 1.1.旋转精度旋转精度 主轴的旋转精度是指机床主轴部件装配后，在空 载、低速转动条件下，在安装工件或刀具的主轴部位 的径向跳动和轴向跳动（静态测量

2、评定法）。 2.2.刚度刚度 主轴部件的刚度是指其在外加载荷作用下抵抗变 形的能力，通常以主轴前端部产生一个单位位移的弹 性变形时，在位移方向上所施加的作用力的大小来表 示。主轴部件的刚度是综合刚度，是主轴、轴承和轴 承座等刚度的综合反映，其静刚度不足则对加工精度 和机床性能有直接影响。 主轴部件应满足的基本要求主轴部件应满足的基本要求 3.3.抗振性抗振性 主轴部件的抗振性是指抵抗受迫振动和自激振动而 保持平稳运转的能力。主轴部件的振动会直接影响工件 的表面质量和刀具的使用寿命，并产生噪声。 4.4.温升及热变形温升及热变形 主轴部件运转时，因各相对运动处的摩擦生热，切 削区的切削热等使主轴

3、部件的温度升高，其尺寸、形状 及位置发生变化，造成主轴部件的热变形。 5.5.精度保持性精度保持性 主轴部件的精度保持性是指长期地保持其原始制造 精度的能力。主轴部件丧失其原始精度的主要原因是磨 损。 二、主轴部件的传动方式二、主轴部件的传动方式 主轴部件的传动方式主要有齿轮传动、带传动、电 动机直接驱动等，可根据主轴的转速、所传递的扭矩， 对运动平稳性等要求来进行传动方式的选择。 1.1.齿轮传动齿轮传动 结构简单、紧凑，传递扭矩较大，能适应变转速、 变载荷下工作。其缺点是线速度不能过高，通常小于 （1215m/s）,不如带传动平稳。 2.2.带传动带传动 结构简单，制造容易，成本低廉，特别

4、适合于大中 心距的两轴传动。皮带有弹性可吸振，故传动平稳，噪 声小，适宜高速传动。由于带传动（除同步带外）是靠 摩擦力传动，在过载中会打滑，能起过载保护作用，但 其不能用在速比要求准确的场合。 同步齿形带是通过封闭环形带上的齿形与带轮上的 轮齿相啮合来传递运动和动力，其齿形有两种：梯形齿 和圆弧齿。 与其它传动相比，同步带有下列特点： 1）传动比准确，工作时无滑动； 2）传动效率高，一般可达98%，与V带相比较，可节能 10%以上； 3）传动平稳，能吸收振动，噪声小； 4）使用范围广，传动比可达1:10，高速达50m/s，传 递功率高达100300kW，且带轮直径小，不须多大的张紧 力，故结构

5、紧凑； 5）维护方便，能在高温、灰尘、水及腐蚀介质环境中 工作，而无需润滑； 6）安装要求高，两带轮轴线平行，中心距要求严格； 7）带与带轮的制造工艺较复杂。 3.电动机直接驱动方式将主轴与电动机制成一体。 三、主轴部件结构设计三、主轴部件结构设计 （一）主轴部件的支承数目（一）主轴部件的支承数目 多数机床的主轴采用前、后两个支承。该支承方式结 构简单，制造装配方便，易保证精度。为提高其刚度，前 后支承应消除间隙或预紧。 某些机床由于结构设计上的原因，导致主轴箱长度较 长，此时应增设中间支承来提高主轴部件的刚度和抗振性。 但对三支承主轴而言，通常只有两个支承（其中一个为前 支承）起主要作用，而

6、另一个支承起辅助作用，即处于径 向“浮动”状态，以保证主轴部件的刚度和旋转精度。 统计结果表明，采用三支承的主轴，以前、中支承为 主要支承的约占80%；以前、后支承为主要支承的约占20%。 （二）推力轴承位置配置型式（二）推力轴承位置配置型式 主轴部件承受轴向力的推力轴承配置方式直接影响 主轴的轴向位置精度。 1.1.前端配置前端配置（前端定位）主轴受热变形向后延 伸，不影响轴向精度，但前支承结构复杂，轴承调隙不 便，前支承处发热量大。适用于轴向精度和刚度要求较 高的精密机床（如精密车床、精密铣床、坐标镗床、落 地镗床等）或数控机床。 2.2.后端配置后端配置（后端定位） 其特点与上述相反。适

7、用于 普通精度机床（如立式铣床、多 刀车床等）。 3.3.两端配置两端配置 主轴受热伸长后，影响主轴 轴承的轴向间隙。常用于短主轴 （如组合机床主轴）或轴向间隙 变化不影响主轴正常工作的机床 （如钻床）。 4.4.中间配置中间配置 其特点与前端配置相近，但 其主轴前端的悬伸量要比前端配 置结构短些。 （三）主轴传动件位置的合理布置（三）主轴传动件位置的合理布置 1.传动件在主轴上轴向位置的合理布置 合理布置传动件在主轴上的轴向位置， 可改善主轴的受力情况，减小主轴变形，提 高其抗振性。其主要原则是尽量使传动力引 起的主轴弯曲变形要小；引起主轴前端在影 响加工精度敏感方向上的位移要小。因此， 主

8、轴上的传动件应尽量靠近前支承布置，有 多个传动件时，其中最大的传动件应靠近前 支承。 根据传动件在不同的轴向位置时及传动 力Q在不同方向作用时，分析其不同特点及 应用范围。 在切削力F 的作用下， 使主轴轴端产生位移，根据 位移叠加原理，轴端总位移 Y 为 式中：Y1刚性支承上弹 性主轴端部位移量； Y2弹性支承上刚 性主轴端部位移量； 21 YYY 1）传动件布置在跨距之间 大多数机床都采用这种布局，例如卧式车床、六角 车床、卧式镗床和铣床主轴上齿轮的布置。 当切削力F 和传动力Q 的方向相同时，其所引起的 主轴前端变形可相互抵消一部分，则主轴前端总变形量 减小，但主轴前支承受力较大，要求前

9、轴承有较高的承 载能力和较大的刚度。这种布局一般适用于精度较高或 前支承刚度较高的机床。 当切削力F 和传动力Q 的方向相反，则主轴前端总 变形量大，但前支承受力较小，故一般适用于精度较高 的卧式机床。 2）传动件布置在主轴尾部 这种情况在外圆磨床、内圆磨床的砂轮主轴中常 见。皮带轮安装在主轴尾部，则皮带拉力与切削力F 同向，不能使切削力F 和传动力Q 所引起的主轴前端 变形部分地相互抵消。 所以，这种布局可用于皮带拉力较小的场合。若 皮带拉力很大，则可考虑采用卸荷式结构。 3）传动件布置在主轴前悬伸端 当切削力F 和传动力Q 均作用在主轴前端时，可使 两者方向相反，从而使其引起的主轴前端变形

10、部分地相 互抵消。此外，前支承反力也较小。切削力F 和传动力 Q 均作用在主轴前端，还可使主轴受扭长度较短，但传 动件需要安装在前支承外面，增加了主轴的悬伸长度， 结构上也较复杂。这种布局一般只适用于大型机床，如 大型卧式车床、立式车床等的主轴组件。 2.驱动主轴的传动轴位置的合理布置 主轴受到的驱动力Q 相对于切削力F 的方向取决于 驱动主轴的传动轴的空间位置。应尽可能将该驱动轴布 置在合适的位置，使驱动力Q 引起的主轴变形可抵消一 部分因切削力F引起的主轴轴端精度敏感方向上的位移。 对切削力F 是旋转变化或以轴向载荷为主的主轴不在此 列。 （四）主轴主要结构参数的确定（四）主轴主要结构参数

11、的确定 主轴的结构参数有主轴前、后轴颈直径D1和D2，内 孔直径d，前端悬伸量a，以及主轴主要支承间的跨距L。 这些参数直接影响主轴的旋转精度和刚度。 1.1.主轴前轴颈直径主轴前轴颈直径D1的选取的选取 一般按机床类型、主轴传递的功率或最大加工直径 来选取（可参考表310）。 对车床、铣床： 由于主轴是一阶梯轴，其平均直径D与前轴颈直径 D1有如下关系： （D 的计算应在主轴设计完成之后才能进行） 12 85. 07 . 0DD DD15. 11 . 1 1 2.2.主轴内孔直径主轴内孔直径d 的计算的计算 很多机床主轴具有内孔，其主要用途为通过棒料和 安装工具。主轴内孔直径在一定范围内，对

12、主轴刚度影 响较小，可以不计，但若超过此范围则是主轴刚度急剧 下降。主轴内孔直径除与机床类型有关外，一般受主轴 后轴颈的直径所限制。为不过多地削弱主轴的刚度，一 般d 的尺寸确定为 对卧式车床 对于六角、自动和半自动车床、卧式镗床（镗杆主 轴） 对铣床 d 可比刀具拉杆直径大510mm即可。 Dd60. 055. 0 Dd65. 06 . 0 3.3. 主轴前端悬伸量的确定主轴前端悬伸量的确定 主轴前端悬伸量a 是指主轴前端面到前轴承径向反 力作用中点（或前径向支承中点）的距离。它主要取决 于主轴端部的结构（其形状与尺寸均以标准化），以及 前支承轴承配置和密封装置的形式和尺寸。在满足结构 要求

13、的前提下，设计时应使a 值越小越好。 4.4.主轴主要支承间跨距主轴主要支承间跨距L 的确定的确定 合理确定主轴主要支承间的跨距L，是获得主轴部件 最大静刚度的重要条件之一。如L 小，则弯曲变形小， 但因支承变形引起主轴前轴端的位移量增大；如L 大， 情况则相反，即因弯曲变形增大也会引起主轴前端面的 位移量增大。因此存在着一个最佳跨距L0。即当采用L0 时，主轴前端面的总位移量最小。一般取 L0 =（23.5）a （五）主轴（五）主轴 1.1.主轴的构造主轴的构造 主轴的构造和形状主要决定于主轴上所安装 的刀具、夹具、传动件、轴承等零件的类 型、数量、安装位置及定位方法等。设计 时还应考虑到主

14、轴的加工工性和装配工艺 性。 主轴的前端形式取决于机床类型和安装 夹具及刀具的型式。 2.2.主轴的材料及热处理主轴的材料及热处理 主轴材料主要根据刚度、载荷特点、耐 磨性要求和热处理后变形情况而定。普通 中碳钢（45钢）首选，其次为合金钢。可 查阅相关手册。 3.3.主轴的设计要求主轴的设计要求 主轴的技术要求，应根据机床精度标准 的有关项目制定。它应满足设计要求、工 艺要求、检测要求以及图面质量的要求， 应尽量做到设计、工艺、测量的基准相统 一。 四、主轴滚动轴承四、主轴滚动轴承 轴承是主轴部件中的重要组成部分，轴承的类 型、精度、结构、配置方式、安装调整、以及润滑 和冷却等，都直接影响着

15、主轴部件的工作性能。 主轴的旋转精度在很大程度上由其轴承决定。 轴承的变形量约占主轴部件总变形量的3050%，其 发热量占的比重也较大。 对主轴轴承的基本要求是旋转精度高、刚度高、 承载能力强、速度性能高、抗振性好、摩擦小、噪声 低、寿命长等。 （一）主轴部件主要支承常用滚动轴承（一）主轴部件主要支承常用滚动轴承 1.1.角接触球轴承角接触球轴承 需成组（23个）使用； 2. 2. 双列短圆柱滚子轴承双列短圆柱滚子轴承 3. 3. 圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承需成对使用需成对使用 n4. 4. 推力轴承推力轴承 n5. 5. 双向推力角接触球轴承双向推力角接触球轴承 6. 6. 陶瓷滚动轴承陶瓷滚

16、动轴承 其密度与线膨胀系数比轴承钢小得 多，而弹性模量比轴承钢大。 常用的陶瓷滚动轴承有三种类型， 其常用型式有角接触式和双列圆柱式， 其轮廓尺寸一般与钢制轴承完全相同， 可以互换。 7. 7. 磁浮轴承（磁力轴承）磁浮轴承（磁力轴承） 利用磁力使支承运动的部件与其固 定部件脱离接触来实现轴承的功能。 其特点是无机械磨损，理论上无速 度限制；无噪声，温升低，能耗小，不 需润滑；可在超低温和高温下工作等。 装有磁浮轴承的主轴可实现适应控制， 通过检测定子线圈电流控制切削力，通 过检测切削力的变化来调整控制机械运 动，以提高加工质量。 （二）几种典型的主轴轴承配置形式（二）几种典型的主轴轴承配置形

17、式 主轴轴承的配置形式应根据刚度、转速、承载能 力、抗振性和噪声等要求来选择。其典型的配置方式 有速度型、刚度性和刚度速度型三种。 1. 速度型适用于高速轻载或精密机床。 2. 刚度型适用于中速和切削负载较大、刚度要 求高的机床。 3. 刚度速度型介于前两者之间。 其它典型机床主轴部件 （三）滚动轴承精度等级的选择（三）滚动轴承精度等级的选择 主轴轴承中前、后轴承 的精度对主轴旋转精度的影 响是不同的。 当 时， 主轴前端轴心偏移量： 当 时， 主轴前端轴心偏移量： 0, 0 ba 0, 0 ba aa L aL 1 bb L a 1 n显然，前支承的精度比后支承对主轴部件的旋转 精度影响大。

18、因此，应选择前轴承的精度比后轴 承高一些，一般高一级。另外，在安装轴承时， 如将前、后轴承的偏移方向放在同一侧，可有效 地减少主轴前端的偏移。 n机床主轴轴承的精度除P2、P4、P5、P6四级外， 新标准中又补充了SP和UP两级。 （四）主轴滚动轴承的预紧（四）主轴滚动轴承的预紧 预紧是采用预加载荷的方法来消除轴承间隙，并且 有一定的过盈量，使滚动体和内外圈接触部分产生预变 形，增加接触面积，提高支承刚度和抗振性。预紧是提 高主轴部件的旋转精度、刚度和抗振性的重要手段。 预紧力通常分为三级。轻预紧（A）适用于高速主 轴；中预紧（B）适用于中、低速主轴；重预紧（C）用 于分度主轴。 1. 双列短

19、圆柱滚子轴承 调整环（隔套、过盈套等） 2. 角接触球轴承 修磨法或弹簧。 （五）滚动轴承的润滑和密封（五）滚动轴承的润滑和密封 1. 润滑减小摩擦，降低温升。润滑剂 和润滑方式的选择主要取决于轴承的类型、转速 和工作负荷。试验表明，速度较低时用润滑脂较 好；速度较高时用润滑油较好。一般情况下，判 断的指标是速度因数dn（d轴承内径mm，n 转速r/min）。 n（1）润滑脂dn值较低，又不需冷却的场合。它还 可避免漏油现象。充填量应为轴承空隙的1/31/2。 n（2）润滑油可用于一切转速，特别适用于高速， 它还有冲洗作用。 n1）油浴润滑dn值较低，油平面不能超过最低滚动 体中心； n2）滴

20、油润滑dn值略高，15滴/min为宜； n3）循环润滑dn值较高； n4）油雾润滑或油气润滑，dn值最高； n5）高压喷射润滑。 n2密封防止油外泄和杂物（切削液、灰尘、杂质 等）进入。 滚动轴承的润滑与密封滚动轴承的润滑与密封 五、主轴滑动轴承五、主轴滑动轴承 滑动轴承在运转中因其阻尼特性好，故具有良好的 抗振性和运动平稳性。 主轴滑动轴承按产生油膜的方式，可分为动压和静 压轴承两类。按流体介质不同，可分为液体和气体滑动 轴承。 （一）动压轴承 动压轴承的工作原理是当主轴旋转时，带动润滑油 从间隙大处向间隙小处流动，形成压力油楔而产生油膜 压力将主轴抬起。 油膜的承载能力与工作状况有关，如速

21、度、润滑油 的粘度、油楔结构等。转速越高、间隙越小，油膜的承 载能力越大。 动压轴承按油楔数分为单油楔和多油楔。多油楔轴 承有固定多油楔和活动多油楔两类。 1固定多油楔滑动轴承 外圆磨床砂轮架主轴 外圆磨床砂轮架主轴 的固定多油楔滑动轴承的固定多油楔滑动轴承 2 2活动多油楔滑动轴承活动多油楔滑动轴承 活动多油楔利用浮动轴瓦自动调位来实现油楔。 （二）液体静压轴承（二）液体静压轴承 由一套专用供油系统、节流器和轴承三部分组成。 其优点是：具有良好的速度和方向适应性；承载能力高； 摩擦小；寿命长；旋转精度高；抗振性好。 （三）气体静压轴承（三）气体静压轴承 第七节第七节 支承件设计支承件设计 一

22、、支承件的功能和应满足的基本要求 （一）支承件的功能 机床的支承件是指床身、立柱、横梁、底座等大件， 相互固定联接成机床的基础和框架。机床上其它零部件 可以固定在支承件上，或者工作时在支承件的导轨上运 动。因此，支承件的主要功能是保证机床上各零部件之 间的相互位置和相对运动精度，并保证机床有足够的静 刚度、抗振性、热稳定性和耐用度等。 （二）支承件应满足的基本要求 n1）具有足够的刚度和较高的刚度质量 比。 n2）具有较好的动态特性，包括较大的动刚 度和阻尼。 n3）热稳定性好，热变形对机床加工精度的 影响要小。 n4）排屑畅通、吊运安全，并具有良好的结 构工艺性。 二、支承件的结构设计 n

23、设计支承件时，应首先考虑所属机床的类型、布局 及常用支承件的形状。在满足机床工作性能的前提下， 综合考虑其工艺性。还要根据其使用要求，进行受力和 变形分析，再根据所受的力和其他要求进行结构设计， 初步决定其形状和尺寸。通过计算机对其进行有限元分 析和计算，求出其静态刚度和动态特性，再对设计进行 修改和完善，选出最佳结构形式，既能保证支承件具有 良好的性能，又能尽量减轻重量，节约材料。 （一）机床的类型、布局和支承件的形状（一）机床的类型、布局和支承件的形状 1机床的类型 根据所受外载荷的特点，可分为三类： n（1）中小型机床主要考虑切削力； n（2）精密和高精度机床主要考虑移动部件的重力 和切

24、削产生的热应力； n（3）大型和重型机床工件和移动部件的重力，以 及切削力等载荷应同时加以考虑。 2机床的布局形式对支承件形状的影响 机床的布局形式直接影响支承件的结构设计。如 床身是否倾斜排屑是否便畅；床身能否封闭 影响其抗弯强度和抗扭强（刚）度。 3支承件的形状可分为三类 n（1）箱形类支承件在三个方向的尺寸上 都相差不多。 n（2）板块类支承件在两个方向上的尺寸 比第三个方向上的尺寸大得多。 n（3）梁类支承件在一个方向上的尺寸比 另两个方向上的尺寸大得多。 （二）支承件的截面形状和选择（二）支承件的截面形状和选择 支承件结构的合理设计是应在最小重量条件下，具有 最大静刚度。静刚度主要包

25、括弯曲刚度和扭转刚度，均 与截面惯性矩成正比。 截面形状 截面积均为 100 抗弯惯性矩 800/1.0 2412/3.02 4030/5.04 抗扭惯性矩 1600/1.0 4824/3.02 8060/5.04 108/0.07 截面形状 截面积均为 100 抗弯惯性矩 833/1.04 2555/3.19 3333/4.17 5860/7.325 抗扭惯性矩 1400/0.88 2040/1.47 680/0.43 1316/0.82 2 mm 2 mm 由前表比较后可知： n1）空心截面的刚度比实心的大； n2）圆（或环）型截面的抗扭刚度比方形截面 的好，但抗弯刚度比较低； n3）封闭

26、截面的刚度远远大于开口截面的刚度。 2 mm 下图是机床床身截面图，均为空心矩形截面。 a 图为典型的车床类床身，可承受弯曲和扭转载荷； b 图为镗床、龙门刨床等机床的床身，主要承受弯曲载荷； 图c 用于大型和重型机床的床身，可采用三道壁或双层壁 结构，以提高刚度。 a) b) c) （三）支承件的肋板和肋条的布置（三）支承件的肋板和肋条的布置 n 肋板是指联接支承件四周外壁的内板，它能使支 承件外壁的局部载荷传递给其他壁板，而使整个支承 件承受载荷，加强支承件的自身刚度和整体刚度。肋 板的布置方向取决于支承件的受力变形方向。 肋板的布置方向取决于支承件的受力变形方向： 水平布置的肋板有助于提

27、高支承件水平面内的弯曲刚度； 垂直布置的肋板有助于提高支承件垂直面内的弯曲刚度； 而斜向肋板能同时提高支承件的抗弯和抗扭刚度。 一般将肋条配置于支承件某一内壁上，主要为了减 小局部变形和薄壁振动，用来提高支承件的局部刚度。 其厚度一般为床身壁厚的0.70.8倍。 n局部增设肋条，提高局部刚度的例子如下图所示。 （四）合理选择支承件的壁厚（四）合理选择支承件的壁厚 为减轻机床的重量，支承件的壁厚应根据工艺上的 可能选择得薄些。铸件支承件的外壁厚可根据当量尺寸C 来选择。 n C =（2L+B+H）/ 3 n根据C值按表3-14来选择最小壁厚。壁厚应尽量均匀。 n焊接支承件一般采用钢板与型钢焊接而

28、成，其壁厚可 查表3-15。由于钢的弹性模量约比铸铁大一倍，所以 用其焊接床身的抗弯刚度约为铸铁床身的1.45倍，在 承受同样载荷情况下，壁厚可比铸铁薄2/34/5，以减 轻重量。但钢的阻尼比铸铁小2/3，抗振性较差，所以 焊接支承件在结构和焊缝上要采取抗振措施。 焊接支承件靠采用封闭截面形状，正确布置肋板和 肋条来提高刚度，大型机床及承受载荷较大的导轨处的 壁板，往往采用双层壁结构。 三、支承件的材料三、支承件的材料 （一）铸铁 n一般支承件用灰铸铁制成。可以铸出形状复 杂的支承件，抗振性好，成本低，但制造周 期长，适于成批生产。 n常用铸铁的种类有级铸铁（HT200）、 级铸铁（HT150

29、）、级铸铁（HT100）、合 金铸铁等耐磨性好。 n铸造支承件要进行时效处理（自然失效、人 工热时效），以消除内应力。 （二）钢板焊接结构 n制造周期短，可制成封闭结构，便于产 品更新和结构改进。近年来国际上用其 代替铸件作为支承件的趋势不断扩大。 已从原来在单件小批生产的重型和超重 型机床上应用，逐步发展到一定批量的 中型机床中。 （三）预应力钢筋混凝土 n主要用于制作不常移动的大 型机械的机身、底座、立柱 等支承件。其刚度和阻尼比 要比铸铁大5倍。抗振性好， 成本低，但钢筋的配置对支 承件影响较大，一般三个方 向都需配置。其缺点是脆性 大，耐腐蚀性差，油渗导致 疏松，所以表面应作处理。 （

30、四）天然花岗岩 n性能稳定，精度保持性好，抗振性好， 阻尼系数比钢大15倍，耐磨性比铸铁高 510倍，热稳定性好，抗氧化强，不导 电，抗磁，与金属不粘合，易于加工。 缺点是抗冲击性差，脆性较大，油、水 易渗入其晶界中，使局部变形，难于制 造成复杂零件。 （五）树脂混凝土（人造花岗岩） n该材料是由热固性树脂、稀释剂和固化剂三 者组成的粘结剂和石子、砂粒、粉末等高充 填多粒度的天然石料，通过聚合反应固化而 成的复合材料。其刚度高，阻尼比为灰铸铁 的810倍，抗振性好；热稳定性好，耐水、 耐化学腐蚀。缺点是某些机械性能较低，但 可以预埋金属或添加加强纤维。其应用前景 十分广泛。 树脂混凝土床身有以

31、下三种结构型式： n（1）整体结构适用于形状不复杂的中小 型机床床身； n（2）分块结构适用于结构较复杂的大型 机床床身构件； n（3）框架结构适用于结构简单的大中型 机床床身构件。 四、提高支承件结构性能的措施四、提高支承件结构性能的措施 （一）提高支承件的静刚度和固有频率 n 主要方法是根据支承件受力情况合理地选择其材料、 截面形状和尺寸、壁厚，合理地布置肋板与肋条，以提 高结构整体和局部的弯曲刚度和扭转刚度。 （二）提高动态特性 1改善阻尼特性 对铸造支承件可采取砂芯不清除、附加减振材料等 方法。 对焊接支承件可采取充填混凝土和减振焊缝 等方法。 n断续焊缝和连续焊缝的 减振能力不同，前

32、者比 后者的减振能力强，焊 缝越短、相对间隔越大， 则减振能力越好； n单侧焊接比两侧焊接减 振能力强。 2.采用新材料制造支承件 （三）提高热稳定性 1控制温升加大散热面积、设置风扇来加 强散热；可分离和隔绝热源。 2.采用热对称结构 热对称结构是指在发生 热变形时，其工件或刀 具回转中心线的位置基 本保持不变，因而减小 了对加工精度的影响。 3采用热补偿装置（均衡温度场） n其方法是在支承件发生热变形的相反方向上采取措施， 产生相应的反方向热变形，使两者之间影响相互抵消， 减少综合热变形。 n目前，国内外都已能利用计算机和检测装置进行热位 移补偿。 第八节第八节 导轨设计导轨设计 一、导轨

33、的功用和应满足的基本要求一、导轨的功用和应满足的基本要求 （一）导轨的功用和分类 导轨的功用是承受载荷和导向。 它承受安装在导轨上的运动部件及工件的 质量及切削力，运动部件可以沿导轨运动。其 中，运动的导轨成为动导轨，不动的导轨称为 静导轨（支承导轨）。 导轨按结构型式可分为开式导轨和闭式导轨。 导轨按摩擦性质可分为滑动导轨和滚动导轨。 滑动导轨中又可分为普通滑动导轨、静压导轨 和卸荷导轨等。 （二）导轨应满足的要求（二）导轨应满足的要求 n （1）导向精度好 导轨的几何精度和接 触精度，导轨的结构型式，导轨与支承件的刚 度和热变形，导轨的油膜厚度和刚度等。 n （2）承载能力大、刚度好 导轨

34、受力后 的接触变形，扭弯变形及因支承件变形而引起 导轨的变形等。 n （3）精度保持性好 主要由导轨的耐磨 性所决定。 n （4）低速运动平稳性好。 n （5）结构简单，工艺性好。 二、导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整 （一）直线运动导轨的截面形状 其截面形状主要有四种：矩形、三角形、燕 尾形和圆柱形。他们可以互相组合，各种导轨副 之中还有凸凹之分。 1. 矩形导轨 承载能力大，刚 度好，制造简便，检 验维修方便，但存在 侧向间隙，导向性差。 适用于载荷较大而导 向性要求略低的机床。 2.三角形导轨 其顶角=90120，越小，导向性越 好，但摩擦力越大；越大，承载能力增加， 但导向性变差。所

35、以小角 用于轻载精密机械，大角 用于大、重型机床。其结构 有对称式和不对称式两种。 当水平力大于垂直力，两侧 压力分布不均时，可采用不 对称导轨。 3. 燕尾形导轨 可承受较大的颠覆力 矩，其高度方向尺寸小， 结构紧凑，间隙调整方便。 缺点是刚度较差，加工检 验和维修不大方便。适用 于受力小，层次多，要求 间隙调整方便的部件。 4. 圆柱形导轨 制造方便、工艺性好， 但磨损后较难调整和补偿间 隙。主要用于承受轴向负荷 的导轨。应用较少。 n上述四种截面的导轨尺寸 已经标准化了，可参考有关 机床标准。 （二）回转运动导轨的截面形状（二）回转运动导轨的截面形状 1. 平面环形导轨 结构简单、制造方

36、便，能承受较大的轴向 载荷，但不能承受径向力，因而需与主轴联合 使用。适用于由主轴定心的各种回转运动导轨 的机床（如高速大载荷立式车床、齿轮机床等）。 2. 锥面环形导轨 制造较难，除能承受轴的轴向载荷外， 还能承受一定的径向载荷，但不能承受较大 的颠覆力矩。 3. 双锥面导轨 能承受较大的径向力、轴向力和一定 的颠覆力矩，但制造困难。 （三）导轨的组合形式 机床直线运动导轨通常由两条导轨组合而成。 1. 双三角形导轨 导向型和精度保持性都高，但工艺性差。多 用于精度要求较高的机床，如丝杠车床、导轨磨 床、单柱坐标镗床以及齿轮加工机床等。 2. 双矩形导轨 承载能力大，但导向性差。多用于普通精

37、度 机床和重型机床中，如组合机床、卧式镗床、拉 床和重型车床的床身导轨。双矩形导轨根据导向 方式不同可分为宽式组合和窄式组合，其中后者 比前者应较多。 3. 矩形三角形组合 它兼有导向性好、刚度高和制造方便的优 点，应用最广。温度变化时不会改变导轨面的 接触情况，但热变形会使移动部件水平偏移， 两条导轨磨损程度也不一样，对位置精度有影 响。它多用在如车床溜板、磨床、龙门铣床、 滚齿机、坐标镗床的工作台导轨。 4. 矩形燕尾形导轨组合 n它能承受较大力矩，调整方便，多用在横梁、 立柱、摇臂导轨中。 （四）导轨间隙的调整（四）导轨间隙的调整 n 导轨面的间隙对机床工作性能有直接影响， 如间隙过大，

38、将影响运动精度和平稳性；间隙过 小，运动阻力大，导轨磨损加快。故应使导轨具 有合理间隙，磨损后又能方便地调整。 1压板 压板用来调整辅助导轨面的间隙和承受颠覆 力矩。 2镶条 n镶条用来调整矩形导轨和燕尾形导轨的侧隙， 镶条应放在导轨受力较小的一侧，常用的有平 镶条和斜镶条两种。 n平镶条在全长方向上厚度均相等，易变形，刚 度较低，应用较少。 n斜镶条为楔形镶条，其两个面分别与动、支承 导轨相接触，比平镶条刚度高，但加工困难， 其斜度一般为1:1001:40。 3导向调整板 它是一种新型镶条，调整时利用其横向变形 增加厚度，对导轨间隙进行调整。 三、导轨的结构类型及特点三、导轨的结构类型及特点

39、 （一）滑动导轨 导轨面上的油沟型式导轨面上的油沟型式 n 它是具有一 定动压效应的混 合摩擦状态的导 轨副。其优点是 结构简单，制造 方便和抗振性良 好，缺点是磨损 快。 n1粘贴塑料软带导轨一般粘贴在较短 的动导轨上。 n2金属塑料复合导轨板与铸铁导轨组 合。 n3塑料涂层导轨 n4镶钢导轨 （二）静压导轨（二）静压导轨 n其工作原理与静压轴承相似。精度保持性好， 但结构复杂，调整维修麻烦。多用于精密和高 精度机床或低速运动机床中。 n静压导轨按结构形式分为开式和闭式两种。 定压闭式静压导轨 （三）卸荷导轨 其主要用来降低导轨面的压力，减少摩擦阻 力，从而提高导轨的耐磨性和低速运动平稳性， 尤其对大、重型机床常采用卸荷导轨。 1机械卸荷导轨 导轨上的 一部分载荷由 机械卸荷装置 来承受。 卸荷系数可表示导轨卸荷量的大小，由下式 确定： 式中：FH导轨上一个支座的卸荷力（N）； FW导轨上一个支座所承受的载荷（N） 对于大、重型机床，一般 = 0.7；对精密 较高机床， 0.5。 2液压卸荷导轨将高压油压入工作台导 轨上的纵向油槽中。 3自动调节气压卸荷导轨将压缩空气引 入到工作台的气囊，形成气垫，每个导轨面至少 应有两个气垫。 W H H F F H H （四）滚动导轨（四）滚动导轨