1、第三章 機(jī)床主要部件設(shè)計(jì) 3-1 主軸組件設(shè)計(jì)3-2 支承件設(shè)計(jì)3-3 導(dǎo)軌設(shè)計(jì)3-4 滾珠絲杠螺母副機(jī)構(gòu)本節(jié)基本要求與重點(diǎn)：1. 掌握主軸組件的定義、組成、功用及其基本要求；2. 了解主軸外形的特點(diǎn)、內(nèi)孔的用途，以及主軸的熱處理方式；掌握主軸材料的選擇原則；3. 掌握兩支承主軸軸承配置形式適應(yīng)的三個(gè)要求，以及三支承主軸的采用條件；4. 掌握三種主軸軸向定位方式的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍； 5. 了解電主軸的基本概念及結(jié)構(gòu)。3-1 主軸組件設(shè)計(jì)本節(jié)難點(diǎn)：主軸的軸向定位及其軸向力的傳遞。 圖3-1 主軸組件的基本組成一、定義、組成、功用和基本要求1. 定義： 機(jī)床上作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行件。2. 基本組成：主

2、軸+主軸上軸承+傳動(dòng)件+定位件。主軸主軸上軸承傳動(dòng)件定位件基本要求精度保持性溫升與熱變形動(dòng)剛度靜剛度旋轉(zhuǎn)精度靜止或低速空載狀態(tài)下，工件或刀具的安裝基面上的全跳動(dòng)值。在外加靜載荷作用下，抵抗變形的能力。 在額定載荷下切削時(shí)，抵抗變形的能力。因各相對(duì)運(yùn)動(dòng)處的摩擦和攪油而發(fā)熱，產(chǎn)生溫升。溫升使其形狀和位置發(fā)生變化（熱變形）。長(zhǎng)期保持其原始制造精度的能力。二、主軸1.主軸結(jié)構(gòu)1）主軸的結(jié)構(gòu)和形狀 主要取決于主軸所安裝的刀具、夾具、傳動(dòng)件、軸承及密封裝置等的類型、數(shù)目、位置和安裝方法，同時(shí)還要考慮主軸的加工和裝配工藝性。 圖3-3 主軸的結(jié)構(gòu)2）主軸的外形：階梯軸 3）主軸的內(nèi)孔：用于通過棒料、拉桿和取

3、出頂尖。保證足夠的剛度和強(qiáng)度便于軸上零件的裝卸得到足夠多的止推面 圖3-3 主軸的結(jié)構(gòu)圖3-4 主軸端部的幾種結(jié)構(gòu)形狀4）主軸端部的形狀與尺寸：已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。 選用合金鋼的條件 載荷特別大或有沖擊載荷時(shí)； 精密機(jī)床主軸要求熱處理變形小時(shí)； 軸向移動(dòng)的主軸要求保證其耐磨性時(shí)。 常用的熱處理方式 高頻淬火； 火焰淬火（350400）； 滲碳淬火回火（低碳鋼）。2. 滾動(dòng)軸承的特點(diǎn)1）優(yōu)點(diǎn) 能適應(yīng)很大的變速范圍，并能滿足主軸組件旋轉(zhuǎn)精度、剛 度和工作溫度的要求； 滾動(dòng)軸承由專業(yè)工廠生產(chǎn)，質(zhì)量穩(wěn)定，成本低，經(jīng)濟(jì)性好； 容易潤(rùn)滑。2）缺點(diǎn) 滾動(dòng)體數(shù)目有限，工作時(shí)剛度發(fā)生變化，易產(chǎn)生振動(dòng)和 噪聲； 滾動(dòng)軸承

4、摩擦力大，阻尼比?。?徑向尺寸較大。圖3-7 角接觸軸承圖3-8 角接觸球軸承的組合 圖3-7 角接觸軸承圖3-9 雙列圓錐軸承圖3-10 Gamet軸承特點(diǎn)：陶瓷滾動(dòng)軸承的材料為氮化硅(Si3N4)，密 度小、線膨脹系數(shù)小、彈性模量大。常用類型滾動(dòng)體用陶瓷材料制成，內(nèi)、外圈用軸承鋼制造；滾動(dòng)體和內(nèi)圈用陶瓷材料制成，外圈用軸承鋼制造；全陶瓷軸承，即滾動(dòng)體、內(nèi)外圈都用陶瓷材料制成。陶瓷滾動(dòng)軸承四、主軸組件1. 傳動(dòng)方式及傳動(dòng)件的布置1）帶傳動(dòng) 安裝位置 帶傳動(dòng)裝置大多裝在主軸尾部，以防止皮帶沾油和便于皮帶更換。為改善主軸受力變形情況，有時(shí)也采用卸荷式結(jié)構(gòu)。 特點(diǎn) 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，中心距容易調(diào)節(jié)，磨損后

5、易于更換；傳遞扭矩較小，易打滑，需有可靠的防護(hù)設(shè)備。 圖3-11 帶傳動(dòng)圖3-12 多楔帶傳動(dòng)多楔帶輪圖3-13 多楔帶圖3-14 多楔帶傳動(dòng)的主軸組件3）電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng) 轉(zhuǎn)速3000r/min的主軸異步電動(dòng)機(jī)變極調(diào)速圖3-19 內(nèi)圓磨床電主軸 定子轉(zhuǎn)子后軸承主軸前軸承圖3-18 電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng) 轉(zhuǎn)速8000r/min的主軸變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī) 圖3-20 變頻調(diào)速電動(dòng)主軸2. 兩支承主軸組件1）軸承配置原則 適應(yīng)剛度和承載能力要求按剛度和承載能力 適應(yīng)轉(zhuǎn)速要求按允許最高轉(zhuǎn)速圓柱、圓錐軸承球軸承雙列軸承單列軸承多個(gè)軸承單個(gè)軸承球軸承圓柱軸承圓柱軸承圓錐軸承小軸承大軸承精密軸承一般軸承 適應(yīng)精度要求：

6、主軸軸向定位方式直接影響主軸 組件的軸向位置精度。2）主軸軸向定位前端定位：前支承結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受力大，溫升高，熱膨脹后向后伸長(zhǎng)，對(duì)主軸前端位置影響較小。用于軸向精度和剛度要求較高的機(jī)床。如右圖a)、b)。 后端定位：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，熱膨脹后向前伸長(zhǎng)，影響主軸組件的軸向精度。多用于普通精度級(jí)的機(jī)床。如右圖c)。 兩端定位：構(gòu)造簡(jiǎn)單，但熱膨脹后將產(chǎn)生軸向松動(dòng)(彎曲)，常用于較短的主軸或軸向間隙不影響正常工作的機(jī)床 。如右圖d)、e)。 圖3-22 主軸軸向定位方式表3-2 推力軸承配置形式的比較（2）4）典型主軸組件及其軸向力的傳遞圖3-23 臥式銑床主軸組件（前端定位） 軸向力傳遞路線：軸肩或緊固件（隔

7、套）軸承內(nèi)圈滾動(dòng)體軸承外圈（隔套） 法蘭盤或箱體。圖3-24 剛度型CNC車床主軸組件（前端定位） 圖3-26 速度型高速CNC車床主軸部件（兩端定位）圖3-27 三支承主軸組件(1)1）采用條件 由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原因，導(dǎo)致主軸箱長(zhǎng)度較長(zhǎng)，應(yīng)增加一個(gè)支承來提高主軸組件的剛度和抗振性。3. 三支承主軸組件主支承2）典型結(jié)構(gòu)輔助支承輔助支承主支承主支承圖3-28 三支承主軸組件(2)圖3-29 高速電主軸結(jié)構(gòu)4. 高速電主軸組件5. 采用其他軸承的主軸組件1）采用動(dòng)壓滑動(dòng)軸承（固定多油楔）的主軸組件 特點(diǎn)： 內(nèi)接觸面積小，油液面積大，剛度和旋轉(zhuǎn)精度高，溫升低。但間隙小，制造、裝配工藝復(fù)雜。 圖3-3

8、0 固定多油楔動(dòng)壓滑動(dòng)軸承的主軸組件 應(yīng)用： 僅適用于轉(zhuǎn)向恒定的高精度磨床主軸組件。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造和維修方便，軸瓦與箱體孔不接觸，故對(duì)箱體孔加工無特殊要求。但軸瓦僅靠螺釘?shù)那蛐晤^支承，軸承接觸剛度低。2）采用動(dòng)壓滑動(dòng)軸承（活動(dòng)多油楔）的主軸組件 圖3-31 活動(dòng)多油楔動(dòng)壓滑動(dòng)軸承的主軸組件 應(yīng)用：用于轉(zhuǎn)向恒定的主軸組件，如各種外圓磨床、無心磨床及臥軸平面磨床等 。 3）采用靜壓滑動(dòng)軸承的主軸組件 圖3-32 靜壓軸承原理圖 特點(diǎn)：阻力小，使用壽命長(zhǎng)，轉(zhuǎn)速范圍廣，抗振性好，主軸回轉(zhuǎn)精度高，油膜對(duì)主軸制造誤差有均化作用；但需要一套供油系統(tǒng)，且對(duì)節(jié)油器要求較高。 應(yīng)用：適用于低速或轉(zhuǎn)速變化較

9、大，以及需經(jīng)常開停的主軸組件，如絲杠車床和重型臥式車床；以及高精度外圓磨床、導(dǎo)軌磨床以及高精度車床。 圖3-33 磁懸浮軸承的工作原理4）采用磁懸浮軸承的主軸組件 磁懸浮軸承：利用磁力來支承運(yùn)動(dòng)部件使其與固定部件脫離接觸 來實(shí)現(xiàn)軸承功能。轉(zhuǎn)子定子電磁鐵位置傳感器工作原理：工作時(shí)定子線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，將轉(zhuǎn)子懸浮起來。四個(gè)位置傳感器連續(xù)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置，如果轉(zhuǎn)子中心發(fā)生偏離，則位置傳感器將測(cè)得的偏差信號(hào)輸送給控制裝置，通過控制裝置調(diào)整定子線圈的勵(lì)磁功率，以保證轉(zhuǎn)子中心回到理想中心位置。圖3-34 磁懸浮軸承支承系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 主軸滾動(dòng)軸承的間隙量（游隙量）大小對(duì)主軸組件工作性能及軸承壽命有重要影響。 滾動(dòng)

10、軸承保持合理間隙量，是提高主軸組件旋轉(zhuǎn)精度、剛度和抗振性的一項(xiàng)重要措施。6. 主軸滾動(dòng)軸承間隙及其調(diào)整 1）滾動(dòng)軸承間隙量 主軸滾動(dòng)軸承的最佳間隙量（或最佳預(yù)加載荷量）應(yīng)考慮機(jī)床的工作條件和軸承類型，根據(jù)試驗(yàn)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)加以確定。選擇軸承間隙（或預(yù)加載荷）的一般原則： 對(duì)于高速、輕載或精密機(jī)床主軸組件，軸承間隙量可大些， 以便減小軸承的發(fā)熱和磨損，而且高速運(yùn)轉(zhuǎn)后的熱膨脹， 還能消除軸承間隙并起到附加載荷的作用。 對(duì)于中低速、載荷較大或一般精度的機(jī)床主軸組件，軸承 間隙量可小些，以便提高剛度和抗振性。 球軸承一般比滾子軸承允許的預(yù)加載荷要大些，精度較高 的軸承所允許的預(yù)加載荷也可大些。 徑向預(yù)緊法

11、 在螺母作用下，軸承內(nèi)圈向右軸向移動(dòng)導(dǎo)致其徑向膨脹來消除間隙。適用于雙列圓柱滾子軸承。 a）無控制裝置 b）控制螺母 c）控制環(huán)圖3-35 主軸軸承的徑向預(yù)緊2）滾動(dòng)軸承間隙調(diào)整裝置 機(jī)床主軸組件不僅在裝配時(shí)需要調(diào)整軸承間隙，在使用一段時(shí)間后，軸承有了磨損，還需要重新調(diào)整。軸承的間隙調(diào)整一般是通過擰緊螺母推動(dòng)軸承的某一圈（內(nèi)圈、外圈或緊圈）來實(shí)現(xiàn)。 （a）修磨內(nèi)圈 （b）內(nèi)、外隔套 （c）無控制裝置 （d）彈簧預(yù)緊圖3-36 主軸軸承的軸向預(yù)緊 軸向預(yù)緊法 使內(nèi)、外圈產(chǎn)生軸向錯(cuò)位來實(shí)現(xiàn)預(yù)緊(包括用修磨座圈或隔套的方法)。適用于雙向推力角接觸球軸承或采用兩個(gè)“背靠背”的角接觸球軸承。 7. 主軸

12、滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑1）作用： 降低摩擦，減少磨損和功率消耗；帶走熱量，降 低溫升； 增大阻尼，提高抗振性； 防止腐蝕。 2）潤(rùn)滑劑 潤(rùn)滑脂 適用于軸承速度、溫度較低且不需要冷卻的場(chǎng)合。 潤(rùn)滑油 適用于速度、溫升較高的軸承。潤(rùn)滑油的粘度通 常根據(jù)軸承的速度參數(shù)選擇。 3）潤(rùn)滑方式 自由流動(dòng)潤(rùn)滑（飛濺潤(rùn)滑） 滴油潤(rùn)滑 壓力循環(huán)潤(rùn)滑 油霧潤(rùn)滑 噴射（注）潤(rùn)滑1）作用：防止?jié)櫥屯饬?，防止外界灰塵、金屬屑末、冷 卻液等雜質(zhì)侵入軸承。 接觸式密封 采用彈性元件（毛氈或合成橡膠）為密封件。因主軸與密封件間有摩擦，發(fā)熱較大。 一般用于中、低速主軸。圖3-37 具有彈性元件的接觸式密封裝置 8. 主軸滾動(dòng)軸承密封

13、 2）密封方式 非接觸式密封 發(fā)熱小，密封件壽命長(zhǎng)，能適應(yīng)各種轉(zhuǎn)速。廣泛應(yīng)用于主軸滾動(dòng)軸承的密封。圖3-38 迷宮式非接觸密封裝置圖3-39 油溝式非接觸密封裝置3-2 支承件設(shè)計(jì)本節(jié)基本要求與重點(diǎn)：掌握支承件受力變形及其對(duì)工件加工精度的 影響； 2. 掌握提高支承件靜剛度的措施；3. 了解隔板、加強(qiáng)筋的分類及各自的特點(diǎn)；4. 了解支承件常用的材料及其特性。 一、定義、功用和基本要求1. 定義：床身、立柱、橫梁、底座等尺寸大、重量大 的零件。 支承其上的其他零部件 ； 保證并保持各零部件的相互位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系 ； 承受切削力、摩擦力、夾緊力等載荷； 有時(shí)容納變速機(jī)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)、電氣箱、切削液、

14、潤(rùn)滑油等。2. 功用圖3-40 數(shù)控車床支承件床身拖板箱體箱體（床腳）基本要求其他方面內(nèi)應(yīng)力熱變形抗振性靜剛度自身剛度局部剛度接觸剛度 具有足夠的靜剛度和較高的剛度重量比 抵抗受迫振動(dòng)抵抗自激振動(dòng) 具有較好的熱變形特性。 具有較小的內(nèi)應(yīng)力。 排屑、操縱、油液回收、加工及裝配工藝性、吊裝等。二、靜力分析1. 目的：分析支承件的受載情況、產(chǎn)生的變形及由之引起的加工誤差，從而有效地進(jìn)行支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 2. 機(jī)床受力的類型類 型中、小型機(jī)床精密和高精度機(jī)床大型機(jī)床主要載荷切削力移動(dòng)件重力、熱應(yīng)力切削力、工件和移動(dòng)部件重力可忽略載 荷工件重量、移動(dòng)部件重量切削力適用機(jī)床中型車床、銑床、鉆床、加工中心

15、雙柱立式坐標(biāo)鏜床重型車床、落地鏜銑床、龍門式機(jī)床3. 靜力分析 受力變形 豎直面內(nèi)的彎矩和彎曲變形水平面內(nèi)的彎矩和彎曲變形橫截面內(nèi)的轉(zhuǎn)矩和扭轉(zhuǎn)變形FzFyFzFy受力情況 圖3-41 車床床身受力分析圖變形影響豎直面內(nèi)變形可忽略不計(jì)。水平面內(nèi)的變形近似11地反映到工件半徑誤差上；且各處的變形量不同，使工件產(chǎn)生腰鼓形。扭轉(zhuǎn)變形同水平面內(nèi)的變形相近。受力變形 豎直面內(nèi)的彎矩和彎曲變形水平面內(nèi)的彎矩和彎曲變形橫截面內(nèi)的轉(zhuǎn)矩和扭轉(zhuǎn)變形FyFzFyFz受力情況 結(jié)論：應(yīng)根據(jù)水平面內(nèi)的彎曲變形、扭轉(zhuǎn)變形進(jìn)行 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。三、提高支承件靜剛度的措施1. 正確選擇截面的形狀和尺寸 提高支承件的自身剛度 1）支承

16、件承受的載荷主要是彎矩和扭矩，產(chǎn)生的變 形主要是彎、扭變形。2）在其他條件相同時(shí)，抗彎、抗扭剛度與截面慣性 矩有關(guān)。見表33、34。3）同一材料截面積相等而形狀不同時(shí)，截面慣性矩 相差很大，合理選擇截面慣性矩可提高支承件自 身剛度。見表33、34。從表中可看出： 無論圓形、方形或矩形，都是空心截面的剛度比實(shí)心的大， 因此，床身截面應(yīng)作成中空形狀。 保持橫截面不變，加大外廓尺寸，減少壁厚，可提高截面抗 彎、抗扭剛度。 封閉截面比不封閉截面剛度大。 表3-3 截面形狀與慣性矩的關(guān)系(截面積10000mm2）（1） 表3-4 截面形狀與慣性矩的關(guān)系(截面積10000mm2）（2） 圓形截面的抗扭剛度

17、好，而抗彎剛度較差；而方形截面 正相反。 矩形截面的抗彎剛度方形截面。因此，以承受彎矩為 主的支承件截面應(yīng)采用矩形。 圖3-42 臥式床身常用截面形狀三面封閉式截面（頂面封閉）主要用于不需要從床身排屑的無升降臺(tái)銑床、龍門銑床及龍門刨床等。三面封閉式截面內(nèi)部可用于存儲(chǔ)潤(rùn)滑油或冷卻液，安裝傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。主要用于載荷較小的機(jī)床，如磨床等。(c) 兩面封閉式截面便于排除切屑和冷卻液，但剛度較低。常用于中小型車床。(d) 重型機(jī)床用床身截面有三個(gè)床壁，適于承受重載。4）床身常用截面形狀(e) 圓形截面抗扭剛度高，抗彎剛度差，適于載荷不大的 機(jī)床，如搖臂鉆床、臺(tái)式鉆床等。(f) 對(duì)稱方形截面內(nèi)部有加強(qiáng)筋和隔板

18、抗彎抗扭剛度都 很高，用于承受復(fù)雜的空間載荷，如銑床和鏜床的立柱。(g) 對(duì)稱矩形截面抗彎剛度高，用于承受彎曲載荷較大的 機(jī)床，如中、大型單抽或多軸立式鉆床、組合機(jī)床等。(h) 矩形截面內(nèi)部設(shè)有加強(qiáng)筋，抗彎剛度高，主要用在龍 門機(jī)床上。圖3-43 機(jī)床立柱（立式床身）常用截面形狀2. 合理布置隔板（肋板） 提高支承件的自身剛度2）使用條件薄壁封閉截面的支承件非全封閉截面的支承件支承件截面形狀和尺寸受到結(jié)構(gòu)上的限制1）定義：在支承件兩外壁之間起連接作用的內(nèi)板。 3）目的 將支承件外壁的局部載荷傳遞給其他壁板，使 它們均衡地承擔(dān)載荷； 將外壁的彎曲變形轉(zhuǎn)化為隔板的拉伸和壓縮變 形，從而阻止外壁的彎

19、曲變形。 4）類型及其作用縱向隔板:圖3-44 縱向隔板的布置提高抗彎剛度，布置彎曲平面內(nèi)（見下圖（a）圖3-45 橫向隔板的布置橫向隔板：將支承件的外壁橫向連接起來，提高抗 扭剛度。 斜向隔板：提高抗彎、抗扭剛度。圖3-48 普通車床斜向隔板的布置圖3-46 未加斜向隔板的變形情況圖3-47 加斜向隔板的變形情況圖3-49 車床床身的幾種隔板形式 普通車床床身隔板的布置措施： 圖3-50 數(shù)控車床床身截面 高速、強(qiáng)力切削車床及數(shù)控車床床身隔板的布置關(guān)鍵問題 主體部分采用封閉截面，不但提高了剛度，且能自由排屑，但鑄造較困難； 將導(dǎo)軌做成傾斜的。 剛度排屑3. 合理開孔和加蓋 提高支承件的自身剛

20、度1）原因：為了安裝機(jī)件和清沙，在支承件外壁及隔板上需做出各種窗孔；其形狀、大小和位置，將影響支承件的剛度，尤其是抗扭剛度。 2）開孔的位置大小：一般要求開孔在支承件壁幾何中心附近或在中心線附近交叉布置，孔寬和孔徑以不大于壁寬的0.25倍為宜。 3）加蓋開孔對(duì)抗彎剛度影響較小。開孔后加蓋并用螺釘擰緊，可將抗彎剛度恢復(fù)到接近未開孔時(shí)的程度；采用嵌入蓋比面覆蓋要好。開孔對(duì)抗扭剛度影響較大，加蓋后可恢復(fù)到原來的35%41%。圖3-51 開孔和加蓋對(duì)剛度的影響4. 合理布置加強(qiáng)筋 提高支承件的局部剛度 1）位置 配置在支承件的內(nèi)壁上。如：箱體軸承孔處、床身與導(dǎo)軌連接處以及床身壁等。2）目的 減小載荷較

21、集中結(jié)構(gòu)處的局部變形和薄壁振動(dòng)，提高支承件的局部剛度。圖3-53 導(dǎo)軌與床身連接處的結(jié)構(gòu) a）軸承座孔處 b）窄壁或受載較小床身壁 c）矩形截面床身寬壁處圖3-52 加強(qiáng)筋布置方式5. 提高支承件接觸剛度的措施1）活動(dòng)接觸面2）固定接觸面影響因素接觸面的幾何精度接觸面的表面粗糙度 措施配磨或刮研 目的接觸點(diǎn)分布均勻增加實(shí)際接觸面積 變形位置接觸面的接觸變形固定螺釘?shù)淖冃沃С屑B接凸緣的 局部變形 措施提高接觸面的表面粗糙度 增加固定螺釘?shù)闹睆胶蛿?shù)量選擇適當(dāng)?shù)倪B接結(jié)構(gòu)（圖） 局部剛度最好; 應(yīng)用廣泛; 占地面積小; 外形美觀; 鑄造因難。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單； 容易鑄造； 局部剛度差； 增加凸緣厚度 可提

22、高剛度； 但連接螺釘隨 之加長(zhǎng)，降低 連接剛度。圖3-54 支承件連接部位的形式 在凸緣上設(shè)置 加強(qiáng)筋; 鑄造較容易; 局部剛度得到 提高。四、支承件的材料常用材料 鑄造性能好，容易獲得復(fù)雜形狀； 內(nèi)摩擦大，阻尼系數(shù)大，振動(dòng)衰減性好； 成本低，制造周期長(zhǎng)； 適用于大批大量生產(chǎn)的機(jī)床支承件。鑄鐵鋼天然花崗巖預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樹脂混凝土1. 鑄鐵（灰鑄鐵） 生產(chǎn)周期短，省去制作木模和鑄造工藝； 無截面形狀限制，可焊成封閉件，剛性好； 可根據(jù)受力情況布置或增加隔板、加強(qiáng)筋，提高 剛度； 固有頻率高； 在剛度相同時(shí)，壁厚可為鑄鐵一半，重量輕； 阻尼約為鑄鐵的l/3，抗振性較差； 適用于單件、小批，大型、

23、重型或有特殊要求的 支承件。2. 鋼3. 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土 支承件剛度和阻尼比鑄鐵大 幾倍，抗振性好，成本較低。 脆性大，耐腐蝕性差，油滲 入導(dǎo)致材質(zhì)疏松； 表面需進(jìn)行噴漆或噴塑處理。 適用于受載均勻、截面積大、減振要求高的支承件。 圖3-55 數(shù)控車床的底座和床身4. 天然花崗巖熱穩(wěn)定性好，導(dǎo)熱系數(shù)和線脹系數(shù)小，抗氧化性強(qiáng)，不導(dǎo)電，抗磁，與金屬不粘合。精度保持性好，耐磨性比鑄鐵高56倍抗振性好，阻尼系數(shù)比鋼大15倍，加工方便，通過研磨和拋光容易得到很高的精度和表面粗糙度?？箾_擊性能差，脆性大，油和水等液體易滲入晶界中，使表面局部變形脹大，難于制作復(fù)雜的零件。適用于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、印制電路板數(shù)控

24、鉆床、氣浮導(dǎo)軌基座等。5. 樹脂混凝土（人造花崗巖） 用樹脂和稀釋劑代替水泥和水，將骨料固結(jié)成為樹脂混疑土，也稱人造花崗巖。剛度高；具有良好的阻尼性能，阻尼比為灰鑄鐵的810倍，抗振性好；熱容量大，熱傳導(dǎo)率低，導(dǎo)熱系數(shù)只為鑄鐵的1/251/40，熱穩(wěn)定性高，其構(gòu)件熱變形??；比重為鑄鐵的l/3，質(zhì)量輕；1）種類：細(xì)骨料(河沙、硅沙)； 粗骨料(卵石、花崗巖、石灰石等碎石)。 2）特點(diǎn)可獲得良好的幾何形狀精度，表面精糙度也較低；對(duì)切削油、潤(rùn)滑劑、冷卻液有極好的耐腐蝕性；與金屬粘接力強(qiáng)，可根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)要求，預(yù)埋金屬件，使機(jī)械加工量減少，降低成本；澆注時(shí)無大氣污染，符合生態(tài)學(xué)要求；生產(chǎn)周期短，工藝流

25、程短；澆注出的床身靜剛度比鑄鐵床身提高1640 。缺點(diǎn)是某些力學(xué)性能低，但可以預(yù)埋金屬或添加加強(qiáng)纖維。在高速、高效、高精度加工機(jī)床具有廣泛的應(yīng)用前景。3-3 導(dǎo)軌設(shè)計(jì)本節(jié)基本要求與重點(diǎn)：1. 理解導(dǎo)軌的分類和基本要求；2. 理解直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌四種不同截面形狀的特點(diǎn)；3. 掌握導(dǎo)軌間隙的調(diào)整方法，以及壓板和鑲條的 不同型式及其特點(diǎn)；4. 了解滾動(dòng)導(dǎo)軌的類型及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。本節(jié)難點(diǎn)：導(dǎo)軌間隙的調(diào)整方法。一、定義、功用、分類及其基本要求1. 定義：導(dǎo)軌面是機(jī)床上作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)配合面，因此也稱“導(dǎo)軌副”。運(yùn)動(dòng)的配合面稱為動(dòng)導(dǎo)軌，而固定的配合面稱為固定導(dǎo)軌。2. 功用：支承和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件沿一定的軌跡運(yùn)動(dòng)。

26、圖3-56 導(dǎo)軌示意圖導(dǎo)軌副導(dǎo)軌副運(yùn)動(dòng)件（工作臺(tái)）固定件（床身）3. 導(dǎo)軌的分類 按運(yùn)動(dòng)軌跡分類 按工作性質(zhì)分類 按摩擦性質(zhì)分類直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌圓周運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌移置導(dǎo)軌滑動(dòng)導(dǎo)軌滾動(dòng)導(dǎo)軌普通滑動(dòng)導(dǎo)軌液體動(dòng)壓導(dǎo)軌液體靜壓導(dǎo)軌 （a）開式導(dǎo)軌 （b）閉式導(dǎo)軌圖3-57 開式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌 按受力情況分類開式導(dǎo)軌閉式導(dǎo)軌：不能承受較大顛覆力矩的作用：借助于壓板使導(dǎo)軌能承受較大 的顛覆力矩作用。4. 基本要求 基本要求其他方面低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性剛 度耐磨性導(dǎo)向精度垂直面內(nèi)的直線度 水平面內(nèi)的直線度 兩導(dǎo)軌之間平行度 運(yùn)動(dòng)部件沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)時(shí)的準(zhǔn)確度。 在長(zhǎng)期使用中保持其導(dǎo)向精度的能力。 導(dǎo)軌在外載

27、荷作用下抵抗變形的能力。 導(dǎo)軌低速運(yùn)動(dòng)或微量位移時(shí)不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好。 矩形 三角形 燕尾形 圓形圖3-58 直線滑動(dòng)導(dǎo)軌的截面形狀 二、導(dǎo)軌的截面與組合1. 直線滑動(dòng)導(dǎo)軌的截面形狀 注：“”為支承面，“”為導(dǎo)向面，“”為壓板面 類型矩 形三 角 形燕 尾 形圓 形特點(diǎn)制造簡(jiǎn)單，剛度和承載能力大；水平方向和垂直方向上的位移互不影響，安裝、調(diào)整方便；導(dǎo)向面磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償間隙。在垂直載荷作用下，導(dǎo)軌磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償，導(dǎo)向性好；壓板面需有間隙調(diào)整裝置；頂角增大，承載力增加，但導(dǎo)向精度差。磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償間隙，需用間隙調(diào)整裝置；兩燕尾面起壓板面作用，用一根鑲條就可調(diào)整水平、垂直

28、方向的間隙；導(dǎo)軌制造、檢驗(yàn)和修理較復(fù)雜摩擦阻力大。制造簡(jiǎn)單，內(nèi)孔可珩磨，外圓經(jīng)過磨削可達(dá)到精密配合；磨損后調(diào)整間隙困難。應(yīng)用普通精度的機(jī)床或重型機(jī)床。同左一般用于要求高度小的多層移動(dòng)組合部件，廣泛用于儀表機(jī)床。用于同時(shí)作移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的場(chǎng)合。如拉床、機(jī)械手等。表35 不同截面形狀導(dǎo)軌的特點(diǎn) 機(jī)床直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌通常由兩條導(dǎo)軌組合而成。三、直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的組合形式圖3-59 直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的組合形式圖3-60 雙三角形組合導(dǎo)軌工藝性差，加工、檢驗(yàn)和維修不方便。常用于在精度要求較高的機(jī)床中，如絲杠車床、導(dǎo)軌磨床、齒輪磨床等。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；1. 雙三角形導(dǎo)軌組合圖3-61

29、 雙矩形組合導(dǎo)軌（a）寬式組合（b）窄式組合2. 雙矩形導(dǎo)軌組合寬式組合：兩導(dǎo)軌外側(cè)導(dǎo)向窄式組合：一導(dǎo)軌兩側(cè)導(dǎo)向承載能力大，制造簡(jiǎn)單。常用于在普通精度機(jī)床和重型機(jī)床中，如重型車床、組合機(jī)床、升降臺(tái)銑床等。 導(dǎo)向方式3. 矩形和三角形導(dǎo)軌組合導(dǎo)向性好，剛度高，制造方便；應(yīng)用最廣，如車床、磨床、龍門銑床的床身導(dǎo)軌。圖3-62 矩形和三角形組合導(dǎo)軌4. 矩形和燕尾形導(dǎo)軌的組合這類組合的導(dǎo)軌能承受較大力矩，調(diào)整方便；常用于橫梁、立柱、搖臂導(dǎo)軌中。注意事項(xiàng)：要求較大剛度和承載能力時(shí)，采用矩形導(dǎo)軌；中、小型臥式車床床身是由三角形和矩形導(dǎo)軌的組合；而重型車床上則采用雙矩形導(dǎo)軌、以提高承裁能力；要求導(dǎo)向精度高

30、的機(jī)床采用三角形導(dǎo)軌。能自動(dòng)補(bǔ)償間隙、導(dǎo)向性好；矩形導(dǎo)軌和圓形導(dǎo)軌工藝性好；三角形導(dǎo)軌和燕尾形導(dǎo)軌工藝性差；要求結(jié)構(gòu)緊湊、高度小、調(diào)整方便的機(jī)床采用燕尾形導(dǎo)軌。 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的截面形狀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便，能承受較大的軸向力，但不能承受徑向力。適用于由主軸定心的各種回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的機(jī)床，如高速大載荷立式車床等。圖3-63 平面環(huán)形導(dǎo)軌1）平面環(huán)形導(dǎo)軌圖3-64 錐面環(huán)形導(dǎo)軌能同時(shí)承受軸向力和徑向力，但不能承受較大的顛覆力矩。導(dǎo)向性比平面環(huán)形導(dǎo)軌好，但制造較難。適用于承受一定徑向載荷和顛覆力矩的場(chǎng)合。2）錐面環(huán)形導(dǎo)軌能承受較大的徑向力、軸向力和一定的顛覆力矩，但制造研磨均較困難。圖3-65 V形面導(dǎo)

31、軌3）V形面導(dǎo)軌四、導(dǎo)軌間隙的調(diào)整 保證導(dǎo)軌副的導(dǎo)向精度 降低對(duì)導(dǎo)軌制造公差的要求1. 目的導(dǎo)軌裝配時(shí)導(dǎo)軌磨損后2. 間隙調(diào)整方法 1）鑲條法作用：調(diào)整矩形和燕尾形導(dǎo)軌的導(dǎo)向面間隙。種類平鑲條斜鑲條圖3-67 平鑲條間隙調(diào)整裝置 平鑲條外形：長(zhǎng)度方向上厚度相等，橫截面為矩形、平行四邊形或 直角梯形。調(diào)整方法：通過橫向移動(dòng)來調(diào)整間隙。特點(diǎn)：(a)、(b)：鑲條制造容易，各處間隙不易調(diào)整均勻，剛件差；(c)：鑲條剛性好，裝配方便，但調(diào)整麻煩。 斜鑲條 沿其長(zhǎng)度方向有一定斜度，靠縱向位移使其兩個(gè)側(cè)面分別與動(dòng)導(dǎo)軌和支撐導(dǎo)軌接觸，調(diào)整導(dǎo)軌間隙，常用斜度在1100140之間。特點(diǎn)：在全長(zhǎng)上兩個(gè)面分別同動(dòng)導(dǎo)

32、軌和固定導(dǎo)軌均勻接觸；支承面積同調(diào)整位置無關(guān)；剛度比平鑲條高，但加工困難。圖3-68 斜鑲條結(jié)構(gòu)圖3-69 斜鑲條間隙調(diào)整裝置斜鑲條圖(a)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但螺釘凸肩和鑲條凹槽之間的間隙會(huì)引起鑲條在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中的竄動(dòng)，影響導(dǎo)向精度和剛度。圖(b)對(duì)圖(a)的改進(jìn)，為避免竄動(dòng)增加了鎖緊螺母3，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛。斜鑲條圖(c)通過螺母3、4調(diào)整間隙，用螺母5鎖緊。工作可靠，但結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。圖(d)是通過分別位于鑲條兩端的螺釘2、3調(diào)整間隙，避免了鑲條l的竄動(dòng)，適于鑲條較短的場(chǎng)合。圖3-70 斜鑲條間隙調(diào)整裝置圖3-71 壓板間隙調(diào)整裝置1工作臺(tái)，2床身，3壓板，4墊片，5鑲塊，6調(diào)整螺釘 壓板作用：用

33、于承受顛覆力矩和調(diào)整輔助導(dǎo)軌面間隙。五、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌部件1.滾動(dòng)導(dǎo)軌 在滑動(dòng)導(dǎo)軌的兩導(dǎo)軌面之間放置滾動(dòng)體而形成的導(dǎo)軌副。圖3-72 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌部件2. 特點(diǎn) 摩擦系數(shù)小(一般為0.00250.005)，而且靜、動(dòng)摩擦 系數(shù)十分接近，運(yùn)動(dòng)靈活，具有很高的定位精度； 滾動(dòng)體和導(dǎo)軌的硬度高，潤(rùn)滑良好，具有較高的精度 保持性； 安裝調(diào)試簡(jiǎn)便，具有很高的性能價(jià)格比。3. 應(yīng)用場(chǎng)合 用于實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給，如外圓磨床砂輪架的移動(dòng)； 用于精密定位，如坐標(biāo)鏜床工作臺(tái)的移動(dòng)； 用于對(duì)運(yùn)動(dòng)靈敏度要求高的地方，如數(shù)控機(jī)床。4. 基本組成滑塊滑軌端蓋鋼珠保持器油嘴油管接頭滾動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)潤(rùn)滑系統(tǒng)防塵系統(tǒng)雙刮油片金屬刮板底面防

34、塵片滑軌螺栓蓋圖3-73 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的基本組成 5. 常見類型圖3-74 齒條一體化直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌圖3-75 寬式直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌圖3-76 圓弧運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌圖3-77 圓柱形直線滾動(dòng)導(dǎo)軌六、提高導(dǎo)軌耐磨性的措施導(dǎo)軌的耐磨性主要體現(xiàn)在磨損程度上。設(shè)計(jì)思路影響磨損的因素設(shè)計(jì)工藝材料熱處理使用盡量爭(zhēng)取無磨損盡量爭(zhēng)取少磨損盡量爭(zhēng)取均勻磨損磨損后能夠補(bǔ)償3-4 滾珠絲杠螺母副設(shè)計(jì)本節(jié)基本要求與重點(diǎn)：1. 了解滾珠絲杠螺母副的工作原理及其基本結(jié)構(gòu)；2. 掌握滾珠絲杠螺母副軸向間隙的調(diào)整方法;3. 掌握滾珠絲杠螺母副的支承方式；4. 掌握滾珠絲杠螺母副與電動(dòng)機(jī)的聯(lián)接方式。一、工作原理及特點(diǎn)1. 定義 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的新型傳動(dòng)裝置。2. 工作原理 在絲杠和螺母上加工出弧形螺旋槽，套裝在一起形成螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠。當(dāng)絲杠相對(duì)于螺母旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩者發(fā)生軸向位移，而滾珠則沿著滾道流動(dòng)。圖3-78 滑動(dòng)絲杠圖3-79 滾珠絲杠圖3-80 滾珠絲杠螺母副示意圖（1）圖3-81 滾珠絲杠螺母副示意圖（2）3. 特點(diǎn)：傳動(dòng)效率高，摩擦損失?。欢ㄎ痪雀?，剛度好；運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、無爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高；具有可逆性；磨損小，使用壽命長(zhǎng)；制造工藝復(fù)雜；不能自鎖。二、滾珠的循環(huán)方式1. 外循環(huán)式 螺旋槽兩端通過回珠管相連接，滾珠在管道內(nèi)作循環(huán)運(yùn)動(dòng)。圖3-82 外循環(huán)式2. 內(nèi)循環(huán)式 螺旋槽的兩相鄰滾道之間由滾