宁工院机械制造装备课件02金属切削机床典型部件

2026/8/191第二章金属切削机床典型部件2

重点和难点基本要求了解金属切削机床设计的基本理论；掌握主轴部件设计原理；了解支承件与导轨设计；理解自动换刀装置设计方法。重点和难点主轴部件设计自动换刀装置2026/8/193第一节主轴部件Spindleassembly5

主轴部件——是指主轴、主轴轴承、安装在主轴上的传动件及其它各种零件的组合，它是机床的执行件。功用——支承并带动工件或刀具，完成表面成型运动传递运动和转矩承受切削力和驱动力等载荷机床主轴是机床在加工时直接带动刀具或工件进行切削和表面成形运动的旋转轴。主轴部件组成：主轴、轴承、传动件、其他零件6

内容主轴部件的基本要求主轴轴承及配置主轴典型主轴部件2026/8/197一、主轴部件的基本要求8

总要求各类机床的主轴部件都要保证主轴在一定的载荷与转速下，能带动工件或刀具精确而可靠地绕其旋转中心线旋转，并能在其额定寿命期内稳定地保持这种性能。9

1.

旋转精度指机床在无载荷、手动或低速转动的条件下，主轴前端安装刀具或工件的基准面上所测得的径向跳动、端面跳动和轴向窜动值。旋转精度影响被加工零件的几何精度和表面粗糙度。旋转精度取决于部件中各主要件如主轴、轴承等的制造精度和装配、调整精度。10

我国已有通用机床统一的检验标准旋转精度是机床的一项主要精度指标11

2.静刚度静刚度主轴部件静刚度——主轴刚度指主轴抵抗外力引起变形的能力K=F／y

12

扭转刚度在主轴工作端的静扭矩T的作用下，主轴工作端产生扭转角θ

L为扭矩T的作用距离，扭转刚度

Kt=TL/θN·m2／rad保证了主轴刚度的主轴，扭转刚度基本上也能保证。对承受扭矩为主的主轴(如立钻)，注意扭转刚度。13

刚度不足易引起振动，影响表面粗糙度和生产率如外圆磨床主轴刚度不足时，在磨削力作用下主轴变形到位置2，砂轮母线偏移，使被加工表面上出现螺旋形花纹，降低了加工表面的质量。主轴弯曲变形会使齿轮等传动件和轴承因受力不均而恶化工作条件，磨损加剧，寿命缩短。14

影响刚度的主要因素

主轴的结构尺寸轴承的类型、配置及预紧传动件的布置方式主轴部件的制造与装配质量等15

3.主轴部件的振动抗振性：抵抗受迫振动和自激振动而保持平稳地运转的能力。抗振性差—— 工作时容易发生振动； 影响工件的表面质量，限制机床生产率； 降低刀具的耐用度和主轴轴承的寿命； 发出噪声影响工作环境等。16

影响主轴部件抗振性的主要因素——主轴部件的静刚度阻尼特性固有频率刚度和阻尼比越大越不易产生振动。17

4.温升和热变形主轴部件工作时，由于摩擦和搅油等而发热，产生了温升。温升使主轴部件因热膨胀而变形，称为热变形。18

热变形会使主轴旋转轴线与机床其它部件间的相对位置发生变化，影响加工精度；热变形造成主轴弯曲，使传动齿轮和轴承的工作状态恶化；热变形还会改变已调好的轴承间隙和使主轴与轴承，轴承与支承孔之间的配合发生变化，影响轴承的正常工作，加速磨损，严重时甚至发生轴承抱轴现象。19

轴承的温升与转速有关。主轴轴承在最高转速空转、连续运转至热稳态时允许温升为：高精度机床810°C

精密机床和数控机床1520°C普通机床3040°C滚动轴承温度不得超过70°C滑动轴承温度不得超过60°C

特别精密的机床则不得超过室温10°C20

影响主轴部件温升、热变形的主要因素：轴承的类型和布置方式；轴承间隙和预紧力的大小；润滑方式和散热条件等。21

5.耐磨性耐磨性——是指其长期保持原始精度的能力。即精度的保持性磨损后对精度有影响的部位首先是轴承；其次是安装夹具、刀具或工件的定位面和锥孔,还有如钻、镗床的移动式主轴的内、外导向表面等。22

为了提高耐磨性，要正确地选择主轴和滑动轴承的材料及其热处理方法。一般机床上的上述部位都必须经过热处理，使之具有一定的硬度。要合理调整轴承间隙，保证良好的润滑和可靠的密封。2026/8/1923二、主轴轴承常用轴承滚动轴承滑动轴承24

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滚动轴承优点能在转速和载荷变化幅度很大的条件下稳定地工作；能在无间隙，甚至在预紧的条件下工作；摩擦系数小，有利于减少发热；润滑容易，脂或油；由轴承厂专门生产，可以外购。27

滚动轴承缺点滚动体数量有限，旋转中径向刚度变化，同时引起振动；阻尼较低；径向尺寸较大。28

主轴轴承的选用对主轴组件的工作性能有很大的影响；主轴较粗，轴承直径较大，因此轴承的负荷较轻；一般，承载能力和疲劳寿命不是选择主轴轴承的主要指标。主轴轴承应根据——精度、刚度和转速选择。选择轴承的类型、组合以及配置型式；为提高精度和刚度，主轴轴承的间隙应该是可调。29

1.主轴常用的滚动轴承1.常用的滚动轴承:圆锥滚子轴承角接触球轴承推力球轴承圆柱滚子轴承深沟球轴承滚针轴承等2.其它几种主轴滚动轴承30

角接触球轴承Angularcontactballbearing可承受径向载荷，也可承受轴向载荷α°=15，7000C（36100）α°=25，7000AC（46100）31

α°=15,7000C（36100）

转速高轴向刚度低多用于轴向载荷小，转速较高的地方；如磨床主轴或不受轴向载荷的车、镗、铣床的主轴后轴承。32

α°=25，7000AC（46100）轴向刚度高径向刚度和允许的转速略低；多用于轴向载荷大的地方；如车、镗、铣床和加工中心主轴。内外圈有相对轴向位移，可以调整间隙，实现预紧；为适应数控机床转速的提高，国外已开发了超高速角接触球轴承（α°=15），如采用陶瓷滚珠和减小滚珠直径。33

提高球轴承的刚度多联组配

两个——代号为/D三个——代号为/T四个——代号为/Q常用背靠背——代号为/DB面对面（内圈相接触）——代号为/DF

同向（串联）——代号为/DT数控机床主轴用DB丝杠轴承用DT34

深沟球轴承Deepgrooveballbearing一般不能调整间隙；常用于精度和刚度要求不太大的地方，如钻床主轴；轴向载荷由配套的推力轴承承受。35

圆锥滚子轴承Taper

rollerbearing能承受径向和轴向载荷，承载能力和刚度较高；滚子大端与内圈挡边之间是滑动摩擦，发热较多允许的转速较低36

双列圆柱滚子轴承NN3000K型，特轻型常用滚道环槽开在内圈上外圈可分离内圈锥度1：1237

NNU4900K型滚道环槽开在外圈上，滚动体、保持架、内圈为一体内圈装到主轴轴颈上后再精磨内圈外滚道，以避免主轴轴颈的圆度影响滚道精度，并保证滚道与主轴的同轴度外滚道槽易存油，润滑较好，但制造复杂适用于内径100mm以上的大规格轴承38

特点滚子数多（50～60个），两列滚子交错排列刚度较高、承载能力大、允许转速较高内圈有1︰12的锥孔与主轴的锥形轴颈相配轴向移动，内圈胀大以消除间隙并预紧轴承内外圈可分离，只能承受径向载荷适用于载荷和刚度较高、中等转速的场合。39

双向推力角接触球轴承234400系列60°双向推力角接触深沟球轴承特轻型234400与NN3000K系列、超轻型234900与NNU4900BK系列轴承配套使用，以承受双向轴向载荷。组成：外圈3、内圈1和6、隔套4消除间隙和预紧：修磨隔套4的厚度40

外圈3的外圆基本尺寸与同孔径的NN3000K型轴承相同，但外径为负公差，与箱体孔之间有间隙不承受径向载荷，专作推力轴承使用。外圈3开有槽和油孔，润滑油由此进入轴承。41

轴承特点:接触角大，钢球直径较小而数量较多，轴承承载能力和精度较高。极限转速比一般推力球轴承高出1.5倍，与同孔径的NN3000K型轴承相同适用于高转速、较大轴向力、中等以上载荷的主轴前支承处。42

SKF公司：30º、40º如图窄型NSK：同角接触43

双列圆锥滚子轴承轴承组成：外圈2、两个内圈1和4、隔套3调整间隙或预紧：修磨隔套3的厚度外圈轴肩，一端抵住箱体或主轴套筒的端面，另一端用法兰压紧，实现轴向定位。箱体孔可做成通孔，便于加工344

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既可以承受径向载荷，又可以承受双向轴向载荷滚锥数量多，承载能力和刚度都较大，轴承制造精度较高适用于中低速、中等以上载荷的机床主轴的前支承处注意润滑和冷却条件。46

加梅（Gamet）轴承H系列，用于前支承两列滚子数目相差一个，使两列的刚度变化频率不同，以抑制振动P系列，用于后支承，与H系列配套使用HPP系列外圈上有弹簧，用作预紧弹簧数为16～20，视直径而定加梅轴承采用空心滚子及整体式保持架47

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整体式保持架（铝质）把滚子之间的间隙占满，迫使大部分油通过滚子的中孔，以冷却不易散热的滚子，小部分油通过滚子与滚道之间，起润滑作用（图中外圈上的径向小孔为进油孔），改善了散热条件。必须用油润滑，难以用于立式机床为便于保证制造精度，与所有精密的圆锥滚子轴承一样，加梅轴承的内圈滚道锥面的小直径端没有挡边。49

陶瓷滚动轴承为适应新型数控机床对高转速的要求，在某些数控机床上采用了陶瓷滚动轴承和磁悬浮轴承等新型轴承．陶瓷材料密度小、线膨胀系数小、弹性模量大。在高转速下，陶瓷滚动轴承与钢制滚动轴承相比，其重量轻，作用在滚动体上的离心力较小，从而使其压力和滑动摩擦也较小，且温升较低，刚度较大。50

常用的陶瓷滚动轴承有三种：仅滚动体用陶瓷材料制成滚动体和内圈用陶瓷材料制成滚动体和内外圈均用陶瓷材料制成前两种类型适用于高速、超高速、精密机床的主轴部件，后一种类型适用于要求耐高温、耐腐蚀、非磁性、绝缘或要求减轻重量和超高速机床的主轴部件。51

磁悬浮轴承磁悬浮轴承是利用磁力来支承运动部件实现轴承功能的，其工作原理如图2-3所示，它由转子，定子等组成。转子和定子均为铁磁材料，转子压入回转轴承回转筒中,工作时定子线圈产生磁场,将转子悬浮起来。52

测得的偏差信号输送给控制装置，通过控制装置调整定子线圈的励磁功率，以保证转子中心回到理想中心位置。53

课外思考查阅资料，说明磁悬浮轴承的特点、原理和应用54

2.主轴轴承的配置形式大多数机床的主轴为两支承主轴组件跨距过大，影响主轴的刚度，增设中间支承——三支承主轴组件。两支承主轴组件常见的主轴滚动轴承的配置形式有九种：55

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选用和配置两支承主轴滚动轴承时应考虑的一般原则:承载能力：主轴在保证正常工作并在所具有额定寿命时间内，所能承受的最大负荷

(1)适应承载能力和刚度的要求57

在径向承载能力和刚度方面——单列双列点接触线接触球轴承圆柱或圆锥滚子轴承58

在轴向承载能力和刚度方面——推力球轴承圆锥滚子轴承深沟球轴承角接触球轴承59

常用——轻系列、特轻系列和超轻系列，以特轻系列为主主轴轴承的实际载荷，相对于其基本额定载荷是较低的，承载能力通常都有富余。轴承越轻，同样的内径，外径越小；同样的外径，内径越大。60

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选择径向载荷较大时——双列短圆柱滚子轴承或圆锥滚子轴承较小时——角接触球轴承前支承——所受载荷较大变形对主轴轴端位移影响较大前支承的承载能力和刚度应比后支承大63

(2)适应转速的要求轴承发热直接影响它的精度和工作寿命，而发热量的大小主要取决于转速的高低。不同型号和规格的轴承所允许最高转速不同。同类型轴承，规格越小，精度等级越高，允许的最高转速也越高。64

以dmn值（mm

r/min），衡量转速性能dm是轴承的中径（mm），是内径和外径的平均值，n为转速（r/min)dmn值同时反映了转速、内径和直径系列65

在承受径向载荷的轴承中——允许转速——

深沟球轴承

角接触球轴承

圆柱滚子轴承

圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承允许的极限转速最低，由于滚子端面经常和内圈的凸缘发生摩擦，容易发热。高低66

在承受轴向载荷的轴承中——角接触球轴承推力球轴承圆锥滚子轴承承载能力与上述次序不同转速和承载能力两方面的要求来选择轴承型式。极限转速高低综合考虑67

当轴向载荷较大而转速不高时，可采用推力球轴承。如径向和轴向载荷都较小，而转速较高，则可采用角接触球轴承。68

(3)推力轴承配置形式主轴前、后支承处径向轴承类型的选用，主要由支承精度要求和径向载荷来决定。主轴的轴向定位，主要由推力轴承决定（哪端有推力或角接触轴承，就是哪端定位，因为有推力或角接触轴承的一端内外圈无法产生相对移动，其余端内外圈可以产生相对移动）。安排方式：1）前端定位--推力轴承集中布置在前支承2）后端定位--集中布置在后支承；3）两端定位--分别布置在前、后支承。69

前端定位——主轴受热伸长时向后延伸，不影响加工精度，但前支承结构复杂，调整轴承间隙不便，前支承处发热量较大。70

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后端定位特点与前端定位相反73

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两端定位主轴受热伸长后，轴承轴向间隙改变较大，若止推轴承布置在径向轴承内侧，则主轴可能因热变形而弯曲。75

(4)适应结构要求径向尺寸紧凑——选轻型或特轻型轴承;若轴承的刚度和承载能力不够，可以在一个支承（尤其是前支承）中配置两个或两个以上的轴承;或采用宽系列或中宽系列轴承;对于轴间距很小的多主轴机床（如组合机床），可采用滚针轴承，并将推力轴承轴向错开排列，以避免其外径相碰。76

(5)适应经济性要求尽量采用滚动轴承——已经标准化、系列化、大批量生产。在中速和大载荷情况下，采用圆锥滚子轴承要比采用向心轴承和推力轴承组合的配置型式成本低，因为前者节省了两个轴承，而且箱体的工艺性较好。77

价格比78

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3.主轴滚动轴承的精度和配合滚动轴承精度主要采用P0、P6、P6x、P5、P4、P2六级2级最高0级可省略不写6203/P680

主轴滚动轴承精度主要采用P2、P4、P5（B、C、D）三级。相当于ISO标准的2、4、5级。SP级和UP级作为补充；SP级和UP级的旋转精度，相当于P4级和P2级，内外圈的尺寸精度，则相当于P5级和P4级81

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前后轴承的精度对主轴旋转精度的影响前轴承内圈有偏心量δa(即径向跳动量的一半)后轴承偏心量为零主轴端部的偏心量为：84

后轴承有相同的偏心量δb前轴承偏心量主轴端部的偏心量为：85

结论前轴承的精度对主轴组件的旋转精度影响较大；前轴承的精度应选得高一些，通常比后轴承精度高一级；数控机床可按精密级或高精度级选用。86

主轴轴承精度87

轴承的精度不但影响主轴组件的旋转精度，而且精度越高，各滚动体受力越均匀，有利于提高刚度和抗振性，减少磨损，提高寿命。普通机床主轴轴承都有取P4（SP）的趋势。88

滚动轴承的配合对主轴组件的工作性能也有很大影响。轴承内圈与轴颈、外圈与支承座孔的配合过松，受载后出现松动，影响主轴组件旋转精度和刚度，缩短寿命。过紧，使内、外圈变形，影响旋转精度，加速轴承的磨损。增加温升和热变形，装配困难。89

滚动轴承的配合:90

轴颈与轴承内圈的配合m5——紧固性较好，但不易装拆。k5——平均过盈接近于零，易装拆，受冲击不大时同轴度较好。轴承外圈与支承座孔的配合：应稍松一点常用j6、js6或k6重载时才用m691

对于轻载的精密机床，为避免轴颈或支承座孔的形状误差影响轴承精度，常采用有间隙的配合。对需要调整间隙的轴承，为使调整时能轴向移动，配合应稍松些。92

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4、滚动轴承间隙的调整和预紧滚动轴承在较大间隙的情况下工作时，会使载荷集中作用在处于加载方向的一、二个滚动体上，使该滚动体和内、外圈滚道接触处产生很大的集中应力，从而使轴承磨损加快，寿命缩短，还降低刚度。当把轴承调整到不仅完全消除间隙，而且产生一定的过盈量（或称负间隙）时，这就是滚动轴承的预紧。95

预紧后滚动体和滚道接触处产生一定的弹性变形；接触面积加大；承载区逐渐扩大；各滚动体受力较均匀；抵抗变形的能力增大；刚度增加，寿命延长。96

由下可知，用1800N预紧力预紧后，再受外载荷作用时变形就小，即轴承刚度提高了。一般在设计主轴组件时，应在结构上确保能对轴承进行预紧和调整。97

预加载荷过大，致使过盈量超过合理的预紧量，不但刚度增加不明显，而且使轴承磨损和发热量大为增加，寿命显著缩短，如曲线所示：98

99

NN3000K（3182100）系列轴承预紧方法通常用轴向移动轴承内圈来实现调整。结构最简单，但控制预紧量较困难，当预紧量过大时松卸轴承不方便。100

左边螺母来控制预紧量，调整方便但主轴前端要加工螺纹，工艺性差。101

在轴端凸缘上做有螺孔，工艺简单但用几只螺钉调整易将环1压偏，影响旋转精度102

环1做成两半，可取下修磨来控制调整量，调整比较方便，半环由固定在主轴轴端的套抱住，工作时不致松脱。103

角接触球轴承的调整方法方法：使其内、外圈产生相对位移来实现调整。图a是将内圈或外圈相靠的侧面磨去厚度，然后用螺母将内圈或外圈拧紧。104

在两个轴承的内、外圈之间都装有隔套，并使内隔套厚度比外隔套短2△，装配时用螺母拧紧缺点——重调间隙时必须把轴承从主轴上拆下，很不方便。105

用弹簧（沿圆周分布）来保持一个基本不变的预加载荷，轴承磨损后能自动补偿，且不受热膨胀影响。缺点——只能承受单方向轴向力，另一方向的轴向力作用在弹簧上，因而刚度较差。106

为了提高精度或结构上的需要，常通过调整预紧量用的螺母、隔垫、套筒、其他轴承或齿轮等传动件来推动轴承内圈。其工作面应与主轴旋转中心线相垂直，否则在预紧时会使轴承歪斜，从而影响主轴的旋转精度。107

常见的防松方法用拧紧的两个螺母来防松用紧定螺钉来防松108

如果调整螺母的端面跳动对轴承内圈的精度影响不大，则可采用图c和图d所示的较为简单的方法。109

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2026/8/19111(二)主轴滑动轴承112

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分类按油膜压力形成的方法不同，可分为：动压轴承静压轴承动压轴承是靠轴的转动形成油膜而具有承载能力承载能力与滑动速度成正比。低速时，承载能力太低。因此动压轴承用于高速和转速变化不大的地方，如磨床主轴。114

静压轴承的油膜压强是靠液压泵建立的，与主轴的转速关系不大。常用于低速或转速变化较大的地方。静压轴承的油膜较厚，对轴颈和轴瓦孔的圆度误差能起均化作用。115

静压轴承还用于精度要求较高的主轴静压轴承需要一套供油设备(液压泵，电动机、油箱)，对油的洁净度要求也较高。在实际使用中，尽量用动压轴承，动压轴承不能满足要求(如低速，转速变化大，高精度)时才用静压轴承。116

1、液体动压轴承117

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工作原理——主轴静止不转时，轴颈与轴承之间间隙，在载荷F（包括主轴重量）的作用下，轴颈偏向下方与轴承表面之间形成楔形缝隙。主轴开始转动时，速度较低，轴颈与轴承仍是金属表面接触（边界润滑），摩擦力使轴颈向前滚动，接触点偏向前方。120

随着转速的增加，带入楔形缝隙的油量逐渐增多，楔形缝隙中油膜压力逐渐升高，当油膜压力能支持外力时，轴颈被抬起，滑动表面完全分开。主轴转速进一步加快，油膜压力继续增加，轴颈中心接近于轴承孔中心。121

按工作时形成油楔数量的不同可分为——

单油楔动压轴承多油楔动压轴承主轴动压轴承广泛采用多油楔动压轴承。多油楔轴承工作时，轴颈周围能产生多个油楔，当转速变化时，各个油楔压力的变化值大体相同，可以互相抵消，不致引起主轴轴心的漂移。122

当主轴外载荷变化时，轴心稍有偏移，这时如前方的油楔变薄而压力升高，则后方的油楔变厚而压力降低，形成新的平衡。多油楔动压轴承比单油楔动压轴承的刚度大，旋转轴心比较稳定，旋转精度较高。123

2、液体静压轴承动压轴承缺点：转速低于一定值时，压力油膜无法建立，当主轴处于低转速或启动、停止过程中，产生干摩擦。主轴转速变化，压力油膜的厚度变化，轴心位置发生改变。124

静压轴承优、缺点优点：静压轴承在轴颈与轴承间有一层高压油膜，它具有良好的吸振性能；旋转精度高，抗振性好。缺点：是需要配备一套专用的供油系统，而且制造工艺复杂。125

工作原理静压轴承组成：供油系统节流器轴承126

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工作原理轴承内圆柱面上，等间隙地开有几个油腔(通常4个)。各油腔之间开有回油槽。用过的油一部分从这些回油槽流回油箱（径向回油），另一部分则由两端流回油箱（轴向回油）。128

油腔四周形成适当宽度的轴向封油面和周向封油面，它们和轴颈之间的间隙一般为0.02～0.04mm。油泵供油压力为ps，油液经节流器T进入各油腔，将轴颈推向中央，油液最后经封油面流回油箱，压力降低为零。129

当主轴不受载荷且忽略自重时，则各油腔的油压相同，保持平衡，轴在轴承正中心，这时轴颈表面与各腔封油面之间的间隙相等，均为h0当主轴受径向载荷（包括自重）F作用后，轴颈向下移动产生偏心量e130

油腔3处的间隙减小为h0-e，由于油液流过间隙小的地方阻力大，流量减小，因而流过节流器T3的流量减少，压力损失随之减小供油压力ps

一定，油腔3内的油压p3升高131

油腔1处的间隙增大为h0＋e，由于油液流过间隙大的地方阻力小，流量增加，因而流过节流器T1的流量增加，压力损失亦随着增加，所以油腔1内的油压p就降低，这样油腔3与油腔1之间形成了压力Δp=p3

-p1，产生与载荷方向相反的托起力，以平衡外载荷F。如油腔的有效承载面积为A，则轴承的承载能力为：F=A（p3

-p1）132

各油腔由同一个液压泵供油，则每个油腔必须串联一个节流器。没有节流器，各油腔油压相同，互相抵消，就不能平衡外载荷了，这时主轴产生位移，甚至使轴颈与轴承表面接触油腔压力由液压泵供给，与轴的转速无关静压轴承可以在很低的转速下工作2026/8/19133三、主轴

Spindle134

主要内容主轴的结构主轴材料与热处理主轴结构参数确定135

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1.主轴的结构主轴结构取决于——机床类型；主轴上所安装的传动件；轴承和密封件等零件的类型、数目、位置和安装定位方法等；主轴加工和装配的工艺性。137

一般是阶梯形的轴——便于装配和满足轴承、传动件等轴向定位的需要；直径从前端向后或者是从中间向两端部逐段缩小各阶梯之间应有退刀槽；主轴上经常带有键槽或花键——与齿轮等传动件周向连接以传递转矩。138

2.主轴材料与热处理根据强度、耐磨性、载荷特点和热处理后变形大小选择。尺寸一定，主轴的刚度取决于材料的弹性模量E各种钢材的E值基本相同，且与热处理无关E=2.1

107N/cm2常用的如45钢或60号钢——价格便宜139

一般机床主轴：常用45钢，调质到220～250HBS主轴端部锥孔、定心轴颈或定心圆锥面等部位局部淬硬至HRC50～55。支承用滚动轴承，轴颈可不淬硬，但不少主轴为了防止敲碰损伤轴颈的配合表面，轴颈处仍然进行淬硬。140

若支承用滑动轴承，则轴颈处需高频淬硬，保证耐磨性。若为重负荷，为提高抗疲劳性能，可选用40Cr或50Mn2钢。对受冲击载荷较大的主轴或轴颈处需要更高的硬度时，可选用20Cr进行渗碳淬火处理至HRC56～62。141

精密机床的主轴，要求在长期使用中因内应力引起的变形要小，故应选用在热处理后残余应力小的材料,如40Cr或45MnB钢。支承在滑动轴承上的高精度磨床的砂轮主轴，镗床和坐标镗床主轴，要求有很高的耐磨性，可选用38CrMoAlA钢，进行氮化处理，使表面硬度达到HV1100～1200（相当于HRC69～72）。142

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主轴的结构参数主要包括：主轴的平均直径D(或前轴颈直径D1)内孔直径d（对空心主轴）前端的悬伸量a主轴的支承跨距L144

主要结构参数确定步骤确定前轴颈直径D1确定内径d和主轴前端的悬伸量a根据D、a和主轴前支承的刚度确定支承跨距L145

(1)．主轴直径D（或D1）的选择D（或D1）主轴的刚度孔径主轴上的传动件和轴承的径向尺寸。传动件：使整个变速箱结构庞大轴承：增加轴承的发热量。结论:D（或D1)应在合理的范围内选大些。146

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后轴颈的直径D2车床和铣床主轴后轴颈的直径D2可根据前轴颈直径D，按下列经验公式来定：

D2≈（0.7～0.8）D1

148

2．主轴内孔直径的选择主轴内孔作用：1.通过棒料、夹紧刀具或工件用的拉杆、冷却管等。2.大型、重型机床的空心主轴，减轻重量确定d的原则：在满足对空心主轴孔径的要求和最小壁厚要求以及不削弱主轴刚度的要求下尽量取大些。149

150

当d/D≤0.5～0.6时，K空与K实相差小，即内孔d对主轴的刚度降低的影响很小；当d/D=0.7时，刚度降低约25％；因此，为了不致于过分地削弱主轴刚度，一般应使d/D＜0.7；还应考虑主轴后轴颈处壁厚是否足够。151

3．主轴前端悬伸量的选择主轴悬伸量:指主轴前支承径向反力作用点到主轴前端受力作用点之间的距离。主轴悬伸量a值愈小愈能提高主轴组件刚度。确定a的原则：在满足结构要求的前提下，尽可能取小值。152

153

154

155

主轴悬伸量a取决于主轴端部的结构形状和尺寸工件或刀具的安装方式前轴承的类型及组合方式润滑与密封装置的结构等156

减小a值的措施：l）采用短锥法兰式的主轴端部结构2）推力轴承在径向轴承内侧3）尽量利用主轴端部的法兰盘和轴肩等构成密封装置4)成对安装的圆锥滚子轴承，应采取滚锥小端相对形式成对安装的角接触球轴承，应采取类似的背对背型安装157

4．主轴合理跨距的选择158

确定合理的跨距，可提高主轴部件的静刚度。支承跨距小，主轴自身刚度大，弯曲变形较小，但支承变形引起的主轴前端位移量将增大。支承跨距大，支承变形引起的主轴前端位移量较小，但主轴的弯曲变形将增大。因此，支承跨距过大或过小都会降低主轴部件的刚度。合理跨距可参考推荐值。P119160

I=π（D4-d4)／64；E为弹性模量,E=2.1×105N／mm2左右161

2026/8/19162

四、典型主轴部件163

主轴部件有以下四种类型主轴仅作旋转运动如车、铣、磨床等主轴旋转运动+轴向进给运动如钻床、镗床、珩磨机床主轴作旋转运动+轴向调整移动如龙门铣床、一部分立式铣床、滚齿机主轴绕其自身轴线旋转+绕另一个与自转轴线平行的轴线作行星运动如行星铣削头、行星内圆磨床的主轴等164

1、车、镗、铣、加工中心类机床主轴部件165

166

167

角接触球轴承主轴部件主轴最高转速为5000r／min前支承内三个角接触球轴承(P4级精度)为背靠背组配。前面两个同向大口朝外（

=25°）第三个大口朝里(

=15°)同时能承受径向载荷和两个方向的轴向载荷,转动调整螺母4，推动内隔套3和内圈(修磨量出厂时已配好)，可以预紧前轴承，用锁紧螺母5及柱销防止调整螺母4回松，不影响主轴的精度。168

V形带轮在主轴尾部悬伸端，后支承的径向载荷较大，故采用双列圆柱滚子轴承(SP级精度)。该轴承内圈的锥孔锥度为1：12，转动螺母13推动同步齿形带轮12和内套11，使内圈右移(向大锥颈方向)，迫使内圈径向胀大，以消除间隙或预紧，用调整螺母8和锁紧螺母7可以使调整好的精度不受影响；该轴承的外圈可以分离，主轴因热胀伸长时连带轴承内圈和滚子在外圈内滚道上轴向自由移动，有利于保证加工精度。169

后轴承直径比前轴承小，预紧量也小，其温升不会超过前轴承。如果后支承载荷较小时，可以用二个角接触球轴承(

＝15°)背靠背组配，如TND360型数控车床主轴部件。170

CA6140主轴部件171

CA6140型车床主轴部件改进后的结构前支承3为NN3000／P4型双列圆柱滚子轴承调整锁紧螺母5来实现预紧，有利于提高主轴前支承的刚度和旋转精度。172

后支承外端采用7202／P5型角接触球轴承8，大口朝外(

=25°)，以承受径向力和由后向前(自左向右)方向的轴向力内侧为53202／P5型推力球轴承7，能承受由前向后(自右向左)方向较大的轴向力调整锁紧螺母10，推动内隔套9，可以预紧轴承8和7。173

XHK5140型自动换刀数

控镗铣床主轴部件174

前支承2(NN3000K／P4型)和双向推力角接触球轴承3(234400型)组配，为提高前支承的旋转精度和刚度，可以修磨前端的调整半环1和轴承3中的隔套4，转动锁紧螺母7可以消除轴承2和3的间隙或预紧。

后支承11为二个6000C／P4型深沟球轴承(

=15°)背靠背组配，通过修磨内隔套12，调整螺母13进行预紧主轴前端内锥孔锥度为7:24，用作锥柄刀具或刀杆的定位，主轴端面有二个对称的端面键23，用于传递刀具的较大的转矩。刚度较高、中等转速(dm≤500000～600000)、精度较高。适用于车、铣、镗床、磨床和加工中心等类机床。176

圆锥滚子轴承主轴部件三支承主轴部件177

圆锥滚子轴承主轴部件三支承主轴部件178

以前中支承为主，采用圆锥滚子轴承背靠背组配，用碟形弹簧5来控制预紧力，并补偿因主轴热伸长而使轴承预紧力的变化。后支承为辅助轴承7，采用深沟球轴承，不预紧，保留其游隙，当载荷较大时，该支承处挠度超过轴承的游隙时，轴承才参与工作179

前支承为GametH型双列圆锥滚子轴承，外围与箱体孔保持微小的间隙配合，在弹簧力的作用下，外圈能够向后移动靠后支承P系列轴承中的弹簧力自动消除轴承的间隙，当主轴受热伸长时，轴承的间隙可以保持不变。180

2.钻床类主轴部件主轴1的旋转主运动由其尾部的花键传入，主轴由轴承3和8支承在套筒5内旋转；转动齿轮6，使套筒(右侧面为齿条)连同主轴作轴向进给运动。181

该主轴的轴向力较大，径向载荷较小，如轴向切削力(向上)用推力球轴承4承担，主轴的重量由推力球轴承7来支承，用螺母9消除轴承4和7的间隙。径向载荷由深沟球轴承3支承，其游隙不需调整，就可以满足主轴的旋转精度要求；为使主轴套筒径向尺寸较为紧凑，上下支承均采用特轻型的轴承。182

3.磨床类主轴部件内圆磨头这种主轴部件是一个独立的单元，由专门工厂制造。183

184

主轴的转动由电动机(P＝1．3kW)经平带输入主轴左端平带轮，主轴的右端装砂轮杆。主轴两端载荷都较大，故前后支承都配置两个同向角接触球轴承，若载荷较小时，两端支承各装一个轴承，由于磨削时轴向载荷为左右对称而且又不大，故轴承采用背靠背组配也是对称方式，其接触角

=15°

。185

该主轴最高转速为16000r／min属于高精度、高速型主轴部件，故选用P2级精度轴承，采用定压预紧方式，预紧力靠螺旋弹簧保证。如主轴因运转发热而伸长，其伸长量远小于弹簧的预压量，能自动消除间隙并使预紧力基本保持不变。通过修磨内外圈之间的隔套3和4，可以使两个轴承均匀受力。186

4.

电动机主轴电主轴多年来，主轴驱动从不可调速的异步电动机或其它外部电动机驱动，发展到内装式电动机的驱动系统，使得机床的工作效率和工作的加工质量有了明显的提高。在车床、铣床和加工中心机床上采用转速可调的直接驱动内装式电动机主轴，从20世纪90年代开始得到迅速发展。187

图2-13所示为车床用电主轴的结构1－编码盘2－电主轴壳体3－冷却水套4－电动机定子5－油气喷嘴6－电动机转子7－阶梯过盈套8－平衡盘9－角接触陶瓷球轴承这种主轴排除了有齿隙和易磨损的传动元件，消除了反向间隙、剪力和振动等干扰因素，所以具有较高的扭转刚度、良好的动态调节性能、对C轴的精确定位、较小的噪声和较平稳的运转速度等优点。因而，电动机主轴非常适用于车削、铣削和用特定刀具加工硬材料的情况。189190

作业1.2-2,用图说明2.结合图2-9、2-10、2-12，分别完成：

1）分析主轴的定位方式，画出简图，并说明其特点2）说明所使用轴承的特点、间隙调整方法3）画出轴向力的传递路线191第二节支承件及导轨192193一、支承件

(Structuralelements)功用基本要求静刚度结构设计

194（一）支承件的功用及基本要求支承件——床身、立柱、横梁、摇臂、底座、刀架、工作台、箱体和升降台等尺寸及重量较大的零件——大件。195在切削时，刀具与工件之间相互作用的力沿着大部分支承件逐个传递并使之变形。机床的动态力(如变动的切削力，往复运动件的惯性，旋转件的不平衡等)使支承件和整机振动。196支承件的热变形改变执行件的相对位置或运动轨迹，影响加工精度和表面质量；支承件是机床十分重要的构件。1971.功用支承机床各部件，承受切削力、重力、惯性力、摩擦力等静态力和动态力；保证各部件之间的相对位置精度和运动部件的相对运动轨迹的准确关系。内部空间可存放切削液、润滑液、液压油的油箱、电动机。1982.基本要求（1）足够的静刚度要求在规定的最大载荷作用下，变形量不得超过一定的数值。支承件的变形包括——自身变形局部变形接触变形支承件的静刚度包括三个方面：P103自身刚度局部刚度接触刚度199如床身，载荷是通过导轨面施加到床身上变形包括——床身自身的变形导轨部分局部的变形导轨表面的接触变形不能忽略局部变形和接触变形。它们有时甚至占主要地位200如床身，如设计不合理，导轨部分过于单薄，导轨处的局部变形就会相当大又如车床刀架，由于层次很多，接触变形就可能占相当大的比重。2011.自身刚度摇臂钻床摇臂和普通车床床身的受力和变形，主要是指支承件自身变形自身刚度——支承件抵抗自身变形的能力自身刚度主要为——弯曲刚度和扭转刚度取决于——支承件材料、构造、形状、尺寸和隔板的布置等。2022.局部刚度抵抗局部变形的能力——局部刚度局部变形发生在载荷较集中的局部结构处取决于受载部位的构造、尺寸及筋的配置例如，导轨与伸出床壁外面部分的弯曲变形；203主轴箱在主轴支承附近的部位204摇臂钻床立柱与摇臂的配合部位以及底座装立柱的部位。2053.接触刚度两个平面相接触时，由于平面的宏观不平度和微观不平度，所以只是一些高点相接触，支承件各接触面抵抗接触变形的能力——接触刚度。206（2）良好的动态特性

包括较大的动刚度和阻尼；与其它部件相配合，使整机的各阶固有频率不致与激振频率重合而产生共振，不会发生薄壁振动而产生噪声等。207（3）应具有较好的热变形特性，使整机的热变形较小或热变形对加工精度的影响较小。由于摩擦热、切削热等产生热变形和热应力；在铸造、焊接和粗加工过程中，会形成内应力，使支承件变形。热变形和内应力都将破坏部件间的相互位置关系和相对运动轨迹，影响加工精度。208（5）支承件的设计应该排屑畅通、吊运安全，并具有良好的工艺性以便于制造和装配。（4）较高的刚度／重量比重量占机床总重量的80％以上，应尽量减轻支承件的重量。209（二）支承件的结构设计

210设计方法支承件的设计通常是根据使用要求和受力情况，参考同类型机床，初步确定其形状和尺寸。较重要的支承件要进行验算或模型试验，根据验算或试验结果作适当修改。211设计时应考虑的问题保证良好的静刚度和动态特性减少热变形合理选用材料和热处理方式有较好的结构工艺性等2121.提高支承件自身刚度(1)正确选择截面的形状和尺寸支承件主要是承受力矩、扭矩以及弯扭复合载荷自身刚度主要考虑——弯曲刚度和扭转刚度在弯、扭载荷作用下，支承件的变形与截面的抗弯惯性矩和抗扭惯性矩有关。材料和截面积相同而形状不同时，截面惯性矩相差很大。213214215刚度（1）截面积相同时：空心大于实心。（2）方形截面的抗弯刚度高于圆形截面，抗扭刚度则较低。（3）不封闭截面比封闭的截面刚度显著下降，特别是抗扭刚度。数控车床床身（2）合理布置隔板在两壁之间起连接作用的内壁——隔板隔板功用——把作用于支承件局部地区的载荷传递给其它壁板，从而使整个支承件各壁板能比较均匀的承受载荷。当支承件不能采用全封闭截面时，常常布置隔板来提高支承件的自身刚度。217隔板布置的基本形式218219必须注意隔板的布置方向：纵向隔板应布置在弯曲平面内，此时隔板对X轴的惯性矩为：l3b/12若将隔板布置在与弯曲平面相垂直的平面内时，则惯性矩为lb3／12两者之比为l2：b2由于l＞b，所以图a的抗弯刚度比图b要大得多。220支承件外壁开孔，会降低抗弯及抗扭刚度，对抗扭刚度的影响更大。开孔对抗扭刚度影响较大。应该尽量避免在主要承受扭矩的支承件上开孔。孔宽或孔径不超过支承件宽度的0.25倍。（3）合理开孔和加盖2212.提高局部刚度（1）合理选择连接部位的结构设图a的一般凸缘连接相对连接刚度为1.0则图b的连接为1.06图c的凹槽式为1.80图dU型加强筋结构为1.85承受力矩效果更好缺点——结构复杂222(2）合理选择螺钉尺寸和布置当受力矩时，螺钉应主要布置在受拉伸的一侧。当受转矩时，螺钉应均匀分布在连接部位的四周。螺钉尺寸应经过计算，使它足以能承受外载荷的作用。223(3）注意床身与导轨连接处的局部过渡图a为床身与导轨以单壁连接，结构简单，刚度较差，适用于承受小载荷。图b为单壁减薄与加强筋结构，刚度较前一种形式好，适用于中等载荷；224图c为双壁连接，结构较复杂，刚度较高，适用于中等载荷及重载荷；图d为直接连接，没有过渡壁，导轨的局部刚度最高。225（4）合理配置加强筋当支承件的内部要安装其它机构，不但不能封闭，安置隔板也会有所妨碍——采用加强筋提高刚度。合理配置加强筋是提高局部刚度的有效方法。加强筋的高度可取为壁厚的4～5倍，筋的厚度取壁厚的0.8～1倍。226图a和b的筋分别用来提高导轨和轴承座处的局部刚度图c、d、e为当壁板面积大于400×400mm2时,为避免薄壁振动而在内表面加的筋，以提高壁板的抗弯刚度。2273.提高接触刚度最好方法：减少接触面的层次如将车床床身和床腿做成整体式但具体设计时，常限于结构或功能上的原因而不能减少接触面的层次，例如车床的刀架。228（1）导轨面和重要的固定结合面必须配刮或配磨刮研时，每25×25mm2：高精度机床为12点精密机床为8点普通机床为6点并使接触点均匀分布固定结合面配磨时，表面粗糙度值应小于Ra1.6229（2）以固定螺钉连接时通常应使接触面间的平均预压压强不得小于2MPa，以消除表面微观不平度的影响，并据此确定固定螺钉的直径、数量、布置位置以及拧紧螺钉时施加的力。确定固定螺钉的直径、数量、距离、以及拧螺钉时的力矩。不能用活扳手来拧紧螺钉。要用测力扳手。2304.提高支承件的抗振性支承件是一个多自由度系统就定性分析而言，对单自由度系统抗振性的分析也适用于多自由度系统。在一个幅值为F,角频率为ω的正弦交变激振力作用下，单自由度有阻尼系统受迫振动的幅值为231如何减小系统受迫振动的幅值减小振源的激振力F提高系统的静刚度K增大系统的阻尼比ξ提高系统的固有频率ωn或改变激振频率ω，使两者远离均可以。232提高抵抗受迫振动的能力首先应避开共振区，使支承件的固有频率远离激振频率。由于一般振源的频率较低，所以可以采用提高静刚度或减小质量的方法来提高支承件的固有频率。其次是提高静刚度和设法加大阻尼。提高静刚度不仅能减少静态受力下的变形，而且降低低频振动时的振幅，以提高抗振性。增加阻尼可以显著地提高抗振性，尤其是激振频率较高接近于固有频率时，可以大大地降低其振幅，抑制振动。233增加阻尼的常用方法1）在支承件内腔充填泥芯或混凝土等具有高内阻尼的材料。2）采用具有阻尼性能的焊接结构。如采用间断焊缝、焊减振接头等来加大摩擦阻尼。2343）对于弯曲振动结构尤其是薄壁结构，在其表面喷涂一层具有高内阻尼的粘滞性材料，如沥青基制成的胶泥减振剂、高分子聚合物和油漆腻子等，或采用石墨纤维的约束带和内阻尼高、剪切模量极低的压敏式阻尼胶等。2354）采用环氧树脂粘结的结构，其抗振性超过铸造和焊接结构。5）采用较粗糙的加工面或在接触面间垫以弹性材料，也能增加阻尼提高抗振性。但此时接触刚度有所降低。2365.减少支承件的热变形机床工作时存在各种热源，如电动机、液压系统、切削热和摩擦热等，使各部件因温度分布不均匀而产生变形，这就是热变形。热变形对精密机床、自动机床及重型机床加工精度的影响很大。237（1）散热和隔热适当加大散热面积，加设散热片，发热较多的部件应使其周围空气流动畅通，等都能改善散热条件。隔离热源是减少热变形的一个有效措施。例:单柱坐标镗床，电动机外有隔热罩，立柱后壁设进气口，顶部有排气口，电动机风扇使气流向上运动，与自然通风气流一致，以加强散热。238（2）均热由于支承件各处受热情况不同，质量不均，使各部位的温度不均，热膨胀也就不均，不均匀的热膨胀对加工精度的影响更大，因此要考虑均热问题。例如车床床身，可以用改变传热路线的办法来减少温度不均。239（3）使热变形对精度影响较小同样的热变形，由于结构形式不同，对精度的影响是不同的。采用热对称结构，可使热变形后对称中心线的位置基本不变,这样可减少对工作精度的影响。

2406.合理选择支承件材料和热处理支承件的材料，主要为——铸铁和钢铸铁支承件，如果导轨与支承件铸为一体，则铸铁的牌号应根据导轨的要求选择。导轨是镶装上去的，或者支承件上没有导轨，则一般可采用HT150。如果支承件由型钢和钢板焊接，则常用Q235-AF或Q275钢。241铸造或焊接中的残余应力，使支承件产生变形。时效处理——消除残余应力。普通精度机床的支承件在粗加工后安排一次热时效处理即可。精密机床最好进行两次热时效处理，即粗加工前、后各一次。高精度机床在进行热时效处理后，还进行天然时效处理，即把铸件堆放在露天一年左右，让它们充分地变形。7.支承件的焊接结构焊接结构与铸件相比突出优点是制造周期短，刚度/质量比高，结构设计灵活。P1072438.支承件的结构工艺性244（1）铸件结构工艺性1）铸件形状简单造型和拔模容易；型芯少且便于支撑，安装简单可靠。2）避免产生缩孔、气孔和裂纹，壁厚应尽量均匀。3）便于清砂特别是便于清理砂芯。4）大型铸件要铸出起吊孔。245（2）机械加工工艺性1）较长的支承件（如车床床身）应尽量避免两端有加工面，避免支承件内部深处有加工面以及倾斜的加工面。2）尽可能使加工面集中，以减少加工时的翻转及装夹次数。同一方向的加工平面，应处于一个平面内，以便一次刨出或铣出。3）所有加工面都应有支承面较大的基准，以便加工时进行定位、测量和夹紧。246二、导轨

Ways247248249主要内容导轨的功用、分类和基本要求滑动导轨滚动导轨的结构类型及其特点250(一)导轨的功用、分类和基本要求2511.导轨的功用和分类功用:导向和承载在外力作用下，能准确地沿着一定的方向运动。动导轨——运动的一方支承导轨——不动的一方只有一个自由度：直线或回转运动252导轨可按下列性质分类：1）按工作性质可分为：主运动导轨、进给运动导轨调位导轨调位导轨只用于调整部件之间的相对位置，在加工时没有相对运动，例如车床尾架用的导轨。253

2）按摩擦性质分滑动导轨和滚动导轨滑动导轨：滚动导轨：按两导轨面间的摩擦状态按滚动体滚珠导轨滚柱导轨滚针导轨混合摩擦导轨边界摩擦导轨液体动压导轨液体静压导轨2543）按受力情况分开式导轨——依靠外载荷和部件自重，使两导轨面在全长上保持贴合的导轨。闭式导轨——用压板作为辅助导轨面保证主导轨面贴合的导轨。能承受力，还能承受弯矩。2552、导轨应满足的基本要求

机床导轨的质量在一定程度上决定了：机床的加工精度工作能力使用寿命256（1）导向精度导向精度：直线运动导轨的直线性圆周运动导轨的真圆性导轨同其它运动件之间相互位置的准确性影响因素:导轨的几何精度结构形式导轨及其支承件的自身刚度油膜刚度热变形等2572）刚度和耐磨性（精度保持性）刚度不足，影响部件之间的相对位置精度和导轨的导向精度，使导轨面上的比压分布不均，加剧导轨的磨损。耐磨性——导向精度能否长期保持。导轨耐磨性与导轨材料、导轨面的摩擦性质、导轨受力情况及两导轨相对运动速度等有关。258（3）低速运动平稳性保证在作低速运动或微量位移时不出现不平稳现象。影响：使加工表面粗糙度增大；定位运动时的不平稳，将降低定位精度。影响因素：导轨的结构和润滑；动、静摩擦系数的差值；传动动导轨运动的传动机构的刚度等259（4）结构工艺性在可能的情况下，应尽量使导轨结构简单，便于制造和维护；对于刮研导轨，应尽量减少刮研量；对于镶装导轨，应做到更换容易。2603、导轨的磨损形式滑动导轨磨损的基本形式——磨粒磨损咬合磨损这两种磨损伴随发生，相互联系，相互影响;磨粒磨损往往是咬合磨损的起因，咬合磨损反过来又会加剧磨粒磨损，只是有时其中一种磨损可能起主要作用。滚动导轨——疲劳磨损。常见磨损形式P129261（1）磨粒磨损磨粒——存在于导轨面之间的微小硬粒，如切屑磨粒在有一定的压强作用并作相对运动的导轨面之间起着切刮或刻划导轨面的作用，使导轨面产生划伤或磨损沟痕磨粒磨损与导轨间的相对滑动导轨面比压成正比这种磨损不可避免，只能采取某些措施，努力减少这种磨损。262（2）咬合磨损咬合磨损又称咬焊相对运动的两个表面互相咬合，并在表面产生撕裂现象导轨面相互运动时，导轨表面覆盖的一层氧化膜因摩擦发热而受到破坏所造成的。裸露的金属表面因分子间的相互吸引、粘结、咬焊在一起，随着接触面继续相对运动，咬焊被拉开，如此反复多次，就将产生撕裂现象。263（3）疲劳磨损和压溃现象滚动导轨疲劳磨损导轨表面受滚动体局部应力作用产生弹性变形，当滚动体离开时，变形得到恢复，这种现象连续发生，达到一定循环次数后，就使导轨表层产生疲劳破坏，出现点蚀。如果局部应力过大而使表层产生塑性变形而压出凹坑，这就是压溃现象。（二）滑动导轨滑动导轨是常见的导轨，其它类型的导轨是在此基础上发展起来的。工作于具有一定动压效应的混合摩擦状态。导轨的动压效应主要与导轨的摩擦速度、润滑油粘度、导轨面的油沟尺寸和型式等有关。速度较高的主运动导轨，应合理设计油沟型式和尺寸，选择合适粘度的润滑油，以产生较好的动压效果。滑动导轨结构简单、制造方便、接触刚度大和抗振性好，在一般机床上得到广泛的应用。但传统滑动导轨摩擦阻力大，磨损快，动静摩擦因数差别大，低速时易产生爬行现象。因此，在数控机床上常用带有耐磨粘贴覆盖层的滑动导轨和新型塑料滑动导轨，它们具有摩擦性能良好及使用寿命长的特点。1、导轨的材料及热处理P1091）对导轨材料的要求和搭配2）铸铁导轨3）镶钢导轨4）有色金属导轨5）塑料导轨266

2.导轨的结构267整体式普通滑动导轨

268镶装式普通滑动导轨

269贴塑式普通滑动导轨

270（1）截面形状滑动导轨两大类——凸形和凹形凸形导轨不易积存切屑，但难以保存润滑油，只适合于低速运动。凹形导轨润滑性能良好，适合于高速运动，为防止落入切屑等，必须配备良好的防护装置。271272凸形

273三角形导轨支承导轨为凸形时——山形导轨支承导轨为凹形时——V形寻轨三角形导轨依靠三角形的两个侧面导向，磨损后能自动补偿，不影响导向精度导向精度随顶角α的增加而降低承载面积随α的增加而增加通常取α=90°大型或重型机床，可取α=110°～120°精密机床，常取α＜90°274支承导轨山形时，不易积存较大的切屑，也不易存留润滑油适用于不易防护、速度较低的进给运动导轨支承导轨为V形时，由于能得到较充足的润滑，除用于精密和大型机床的进给导轨外，还可用于主运动导轨，如龙门刨床床身导轨必须很好地防护，以防落入切屑和灰尘275矩形导轨矩形导轨制造简单、刚度高、承载能力大具有水平和垂直两个方向的导轨面两个导轨面的误差不会相互影响便于安装调整侧面磨损后不能自动补偿，需要有间隙调整装置，因此导向性较差适用于载荷较大而导向性要求不高的机床276燕尾形导轨燕尾形导轨——结构紧凑、高度尺寸较小，可承受颠覆力矩。磨损后不能自动补偿间隙，用镶条调整。刚性较差，摩擦力较大，制造和检修都比较复杂。一般用作中、低速的多层导轨。277圆柱形导轨圆柱形导轨制造简单要求加工时就直接达到较高精度磨损后很难调整和补偿间隙圆柱形导轨具有两个自由度，通常多用在承受轴向载荷的场合278圆周运动导轨截面平面圆环导轨：制造容易，热变形后导轨仍能接触，只能承受轴向力，不能承受径向力，需与带径向滚动轴承的主轴相配合，来承受径向力摩擦损失小，精度高，目前用得较多。适用于大直径的工作台和转盘如滚齿机、立式车床导轨等279锥形圆环导轨能承受轴向力和较大的径向力，热变形也不影响导轨接触，导向性比平面好但要保持锥面和主轴的同轴度较困难母线倾斜角一般为30°常用于径向力较大的机床280V型圆环导轨V型圆环导轨能承受较大的轴向力、径向力和颠覆力矩能保持很好的润滑制造较复杂床身和工作台热变形不同时，两导轨面将不同时接触用于载荷大、速度高的立式车床281（2)组合形式从限制自由度的角度出发，采用一条导轨即可用一条导轨，移动部件无法承受颠覆力矩直线运动导轨一般由两条导轨组合重型机床，常用三条或三条以上导轨的组合282双三角形组合导向精度高，磨损后能自动补偿，具有较好的精度保持性，很难达到四个表面同时接触的要求，制造困难适用于精度要求较高的机床，如SG8630型刀架导轨和Y3150E立柱导轨等283双矩形组合具有较大的承载能力、制造调整比较简单导向性差，磨损后不能自动补偿，对加工精度有较大影响多用于普通精度机床和重型机床，如X6132工作台导轨。284窄导向——用一条导轨面的两侧面导向导向精度高宽导向——用两条导轨面的两外侧面导向285三角形—矩形组合导向性好、制造方便和刚度高应用最广泛如CA6140型普通车床溜板、B2020工作台导轨、M1432B砂轮架导轨等286燕尾形组合两个燕尾平面同时起导向及压板作用一根镶条：调整各接触面的间隙不能承受过大的颠覆力矩，摩擦损失较大用于要求层次多、尺寸小、调整间隙方便和移动速度不大的场合如CA6140刀架、B6050滑枕导轨等

287燕尾形一矩形组合燕尾形一矩形组合：能承受较大力矩，间隙调整也比较方便，多用于横梁、立柱、摇臂等的导轨，如B2020型龙门刨床横梁导轨等。

288双圆柱形组合双圆柱形组合：容易制造，耐磨性较好，但磨损后不易补偿。常用于仅受轴向力的场合，如压力机、机械手的导轨。289（3）间隙调整导轨接合面之间都存在间隙间隙过小，增加运动阻力，加速导轨磨损间隙过大，降低导向精度，容易产生振动调整方法：镶条和压板。290

1．压板压板用于调整间隙和承受颠覆力矩2912．镶条。调整矩形和燕尾形导轨的侧面间隙，以保证导轨面的正常接触。常用的镶条有平镶条和斜镶条两种。292斜镶条2933静压导轨简介294工作原理与静压轴承相同将具有一定压力的润滑油，经节流器输入到导轨面上的油腔，即可形成承载油膜，使导轨面之间处于纯液体摩擦状态。295优点：导轨运动速度的变化对油膜厚度的影响很小；载荷的变化对油膜厚度的影响很小；液体摩擦，摩擦系数仅为0.005左右，油膜抗振性好。296缺点：导轨自身结构比较复杂；需要增加一套供油系统；对润滑油的清洁程度要求很高。主要应用：精密机床的进给运动和低速运动导轨。297静压导轨分类按结构形式分：开式、闭式298开式静压导轨：压力油经节流器进入导轨的各个油腔，使运动部件浮起，导轨面被油膜隔开，油腔中的油不断地通过封油边而流回油箱。当动导轨受到外载荷作用向下产生一个位移时，导轨间隙变小，增加了回油阻力，使油腔中的油压升高，以平衡外载荷。闭式导轨在上、下导轨面上都开有油腔，可以承受双向外载荷，保证运动部件工作平稳。299按供油情况可分为定量式静压导轨和定压式静压导轨。定压式静压导轨是指节流器进口处的油压压强ps是一定的，这是目前应用较多的静压导轨。300定量式静压导轨指流经油腔的润滑油流量是一个定值，这种静压导轨不用节流器，而是对每个油腔均有一个定量油泵供油。由于流量不变，当导轨间隙随外载荷的增大而变小时，则油压上升，载荷得到平衡。载荷的变化，只会引起很小的导轨间隙变化，因而油膜刚度较高，但这种静压导轨结构复杂。301

4.导轨的润滑和防护302（一）导轨的润滑目的：减少磨损以延长导轨使用寿命；降低温度以改善工作条件；降低摩擦力以提高机械效率；保护导轨表面以防止发生锈蚀。303导轨的润滑方法：人工定期浇油或油杯供油在机床上装手动油泵，在工作前拉动油泵几次，进行人工润滑现代机床上多采用压力油强制润滑304润滑油粘度：根据导轨的工作条件和润滑方式选择小载荷、低中速小型机床进给导轨：L-AN32机械油中等载荷，低中速机床导轨：L-AN46或L-AN68机械油重型机床低速导轨：L-AN68、L-AN80或L-AN100机械油竖直导轨或倾斜导轨：L-AN46或L-AN68机械油305对滚动导轨：润滑油或润滑脂润滑脂优点：不会泄漏，不需经常加油缺点：尘屑进入后易磨损导轨特别注意防护措施306(二）导轨的防护1．刮板式2.隙缝式3．整罩式4．层叠式

307(三)滚动导轨的结构类型及特点滚动导轨就是在导轨面之间装有一定数量的滚动体，两个导轨面只和滚动体接触，使导轨面之间的摩擦性质成为滚动摩擦。特点：摩擦系数小（0.0025～0.005）静、动摩擦系数很接近308运动轻便灵活运动所需功率小摩擦发热少磨损小精度保持性好（钢制淬硬导轨修理期间隔可达10～15年）低速运动平稳性好，一般没有爬行现象309移动精度和定位精度高（一般重复定位误差约0.1～0.2μm）滚动导轨润滑简单（可用油脂润滑）维护方便（只需更换滚动体）高速运动时不会象滑动导轨那样因动压效应而浮起。310