典型部件設(shè)計(jì)(主軸、支承件、導(dǎo)軌)

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1、3.1 主 軸 部 件 設(shè) 計(jì)功用：支承并帶動(dòng)工件或刀具選擇進(jìn)行切削，承受切削力和驅(qū)動(dòng)力等載荷，完成表面成形運(yùn)動(dòng)。主軸部件由主軸及其支承軸承、傳動(dòng)件、密封環(huán)及定位元件等組成。3.1.1主軸部件應(yīng)滿足的基本要求(1) 旋轉(zhuǎn)精度主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指主軸在低速、空載時(shí)，主軸前端定位面的徑向跳動(dòng)、端面跳動(dòng)和傾角擺動(dòng)。主軸以工作轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，主軸回轉(zhuǎn)軸線在空間的漂移量即為運(yùn)動(dòng)精度。 (2) 剛度主軸組件的剛度K是指其在承受外載荷時(shí)抵抗變形的能力，如圖所示，即K=F/y(單位為N/im)，剛度的倒數(shù)y/F稱為柔度。動(dòng) 剛 度 指 機(jī) 床 在 額 定 載 荷 下 切 削 時(shí) ， 主 軸組 件 抵 抗 變 形 的

2、 能 力 。 動(dòng) 剛 度 與 靜 剛 度 成 正 比 ， 在 共 振區(qū) ， 與 阻 尼 （ 振 動(dòng) 的 阻 力 ） 近 似 成 正 比 ， 故 可 通 過 增 加靜 剛 度 、 增 加 阻 尼 比 來 提 高 動(dòng) 剛 度 。 主軸組件的剛度是綜合剛度，它與主軸結(jié)構(gòu)尺寸、所選用的軸承類型和配置及其預(yù)緊、支承跨距和主軸前端懸伸量、傳動(dòng)件的布置方式、主軸部件的制造和裝配質(zhì)量等有關(guān)。 (3) 抗振性主軸部件的抗振性是指其抵抗受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)而保持平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的能力。主軸部件不僅受靜載荷的作用，同時(shí)也受沖擊載荷和交變載荷的作用，使主軸產(chǎn)生振動(dòng)。隨著機(jī)床向高精度、高效率方向發(fā)展，對(duì)抗振性要求越來越高。影響抗

3、振性的主要因素有：主軸部件的剛度、固有頻率、阻尼特性等。 (4) 溫升和熱變形主軸部件工作時(shí)由于摩擦形成熱源以及切削熱和齒輪嚙合熱的傳遞使主軸組件出現(xiàn)溫度升高的情況。溫升使主軸部件的形狀和位置發(fā)生變化，稱之為熱變形。主軸熱變形會(huì)引起軸承間隙變化，軸心位置偏移，嚴(yán)重影響加工精度。各類機(jī)床對(duì)溫升都有一定限制，在室溫為20，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)：高精度機(jī)床允許溫升為810；精密機(jī)床為1520 ；普通機(jī)床為3040 。在室溫不是20時(shí)，溫升的計(jì)算公式為：T t =T20+Kt ( t-20 )影響主軸部件溫升、熱變形的主要因素有：軸承的類型和布置方式，軸承間隙及預(yù)緊力的大小，潤滑方式和散熱條件等。 (5) 耐磨

4、性（精度保持性） 主軸部件的耐磨性是指長期保持其原始精度的能力，即精度的保持性。 主要磨損有：主軸軸承的疲勞磨損，主軸軸頸表面、裝卡刀具的定位基面的磨損等。 磨損的速度與摩擦性質(zhì)、摩擦副的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、摩擦副材料的硬度、摩擦面積、摩擦面表面精度以及潤滑方式等有關(guān)。 3.1.2主軸部件的傳動(dòng)方式齒 輪 傳 動(dòng) 的 特 點(diǎn) 是 結(jié) 構(gòu) 簡 單 、 緊 湊 ， 能 傳 遞 較 大 的 扭 矩 ， 能適 應(yīng) 變 轉(zhuǎn) 速 、 變 載 荷 工 作 ， 應(yīng) 用 最 廣 。 它 的 缺 點(diǎn) 是 線 速 度不 能 過 高 ， 通 常 小 于 12 15m s， 不 如 帶 傳 動(dòng) 平 穩(wěn) 。由 于 各 種 新 材

5、料 及 新 型 傳 動(dòng) 帶 的 出 現(xiàn) ， 帶 傳 動(dòng) 的 應(yīng) 用 日 益 廣泛 。 常 用 有 平 帶 、 三 角 帶 、 多 楔 帶 和 同 步 齒 形 帶 等 。特 點(diǎn) 是 靠 摩 擦 力 傳 動(dòng) (除 同 步 齒 形 帶 外 )、 結(jié) 構(gòu) 簡 單 、 制 造 容易 、 成 本 低 ， 特 別 適 用 于 中 心 距 較 大 的 兩 軸 間 傳 動(dòng) 。 皮 帶有 彈 性 可 吸 振 ， 傳 動(dòng) 平 穩(wěn) ， 噪 聲 小 ， 適 宜 高 速 傳 動(dòng) 。 帶 傳動(dòng) 在 過 載 中 會(huì) 打 滑 ， 能 起 到 過 載 保 護(hù) 作 用 。缺 點(diǎn) 是 有 滑 動(dòng) ， 不 能 用 在 速 比 要 求

6、準(zhǔn) 確 的 場 合 。 3.1.2主軸部件的傳動(dòng)方式同 步 齒 形 帶 的 齒 形 有 兩 種 ： 梯 形 齒 和 圓 弧 齒 。 圓 弧 齒 形 受 力 合 理 ， 較梯 形 齒 同 步 帶 能 夠 傳 遞 更 大 的 扭 矩 。同 步 齒 形 帶 無 相 對(duì) 滑 動(dòng) ， 傳 動(dòng) 比 準(zhǔn) 確 ， 傳 動(dòng) 精 度 高 ；厚 度 小 、 重 量 輕 、 傳 動(dòng) 平 穩(wěn) 、 噪 聲 小 ,適 于 高 速 傳 動(dòng) ， 傳 動(dòng) 效 率 高 ；q 不 需 要 潤 滑 ，耐 水 耐 腐 蝕 ，能 在 高 溫 下 工作 ， 維 護(hù) 保 養(yǎng)方 便 ； 傳 動(dòng) 比大 ， 可 達(dá) 1： 10以 上 。q 缺 點(diǎn)

7、是 制 造 工 藝 復(fù) 雜 ， 安 裝條 件 要 求 高 。 3.1.2主軸部件的傳動(dòng)方式電 動(dòng) 機(jī) 轉(zhuǎn) 子 軸 就 是 主 軸 ， 電 動(dòng) 機(jī) 座 就 是 機(jī) 床 主 軸 單 元 的 殼體 。 主 軸 單 元 大 大 簡 化 了 結(jié) 構(gòu) ， 有 較 寬 的 調(diào) 速 范 圍 ； 有較 大 的 驅(qū) 動(dòng) 功 率 和 扭 矩 ； 便 于 組 織 專 業(yè) 化 生 產(chǎn)。 3.1.3 主軸部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1.3.1 主軸部件的支承數(shù)目(1) 前后兩個(gè)支承優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡單，制造裝配方便，容易保證精度。缺點(diǎn)：主軸剛度和抗振性不高。 3.1.3 主軸部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1.3.1 主軸部件的支承數(shù)目(2) 三個(gè)支承缺

8、點(diǎn)：對(duì)三個(gè)支承孔的同心度要求較高，制造裝配復(fù)雜。輔助支承一般不預(yù)緊。前后支承為主，中間支承為輔。前中支承為主，后支承為輔。 (使用較多) 3.1.3.2 推力軸承位置配置形式（重點(diǎn)）切削力軸向受力推力軸承(1) 前端配置缺點(diǎn)：前支承結(jié)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)熱大，溫升高優(yōu)點(diǎn)：主軸受熱后向后延伸，不影響軸向精度，精度高，可提高主軸部件剛度應(yīng)用：高精度機(jī)床和數(shù)控機(jī)床(2) 后端配置優(yōu)點(diǎn)：前支承結(jié)構(gòu)簡單，發(fā)熱小，溫升低缺點(diǎn)：主軸受熱后向前延伸，影響軸向精度應(yīng)用：普通立式銑床、多刀車床 3.1.3.2 推力軸承位置配置形式(3) 兩端配置缺點(diǎn)：主軸受熱伸長后，影響主軸軸承的軸向間隙，必須有消隙機(jī)構(gòu)和熱膨脹補(bǔ)償機(jī)構(gòu)應(yīng)

9、用：常用于短主軸，如組合機(jī)床主軸(4) 中間配置優(yōu)點(diǎn)：可減少主軸的懸伸量，并使主軸的熱膨脹向后缺點(diǎn)：前支承復(fù)雜，溫升大 3.1.3.3主軸傳動(dòng)件位置的合理布置(1) 傳動(dòng)件在主軸上軸向位置的合理布置在力Q作用下，主軸上必然存在一個(gè)撓度為零的點(diǎn)A，稱為節(jié)點(diǎn)。根據(jù)位移互等定理，若將傳動(dòng)件布置在節(jié)點(diǎn)處，則傳動(dòng)力引起的軸端受Q力處的撓度也為零。節(jié)點(diǎn)是傳動(dòng)件在主軸上布置的最佳位置。主軸節(jié)點(diǎn)通常很靠近前支承，因此前后支承之間的齒輪盡量靠近前支承 Q 3.1.3.3 主軸傳動(dòng)件位置的合理布置(1) 傳動(dòng)件在主軸上軸向位置的合理布置出發(fā)點(diǎn)：改善主軸受力情況，減小主軸變形，提高主軸抗振性原則：傳動(dòng)力Q引起的主軸

10、彎曲變形要??；引起主軸前端在誤差敏感方向上的位移要小結(jié)論：傳動(dòng)件(最大傳動(dòng)件)盡量靠近前支承傳動(dòng)件放在兩個(gè)支承中間靠近前支承，受力情況好，使用廣泛。 3.1.3.3主軸傳動(dòng)件位置的合理布置(1) 傳動(dòng)件在主軸上軸向位置的合理布置傳動(dòng)件放在主軸前的懸伸端，主軸剛性好，主要用于具有大轉(zhuǎn)盤的機(jī)床，如立式車床、鏜床。傳動(dòng)件放在主軸的后懸伸端，較多用于帶傳動(dòng)，可便于傳動(dòng)帶的更換，如磨床。 3.1.3.3 主軸傳動(dòng)件位置的合理布置(2) 驅(qū)動(dòng)主軸的傳動(dòng)軸位置的合理布置在布置傳動(dòng)軸的位置時(shí)，應(yīng)盡量使傳動(dòng)力Q與切削力P兩者引起的主軸軸端位移和軸承受力的影響能互相抵消一部分。 3.1.3.4 主軸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的

11、確定主軸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有：主軸前、后軸頸直徑D1和D2，主軸內(nèi)孔直徑d，主軸前端懸伸量a，主軸主要支承間的跨距L。(共5個(gè))這些參數(shù)直接影響主軸旋轉(zhuǎn)精度和主軸剛度。 3.1.3.4 主軸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定(1) 主軸前軸頸直徑D1的選取主軸前軸頸D1一般可根據(jù)機(jī)床類型、主電動(dòng)機(jī)功率以及主參數(shù)來選取，見表3-13。車床和銑床主軸后軸頸直徑D2(0.70.9)D1，磨床主軸常為前后軸頸相等，中段較粗。 3.1.3.4 主軸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定(2) 主軸內(nèi)孔直徑d的確定 許多機(jī)床都是空心主軸，空心主軸能減輕主軸重量。內(nèi)孔直徑的大小，應(yīng)在滿足主軸剛度的前提下盡量取大值。臥式車床的d通常不小于主軸平均直

12、徑的55%60%；銑床主軸的d可比刀具拉桿直徑大510mm。但一般情況下，要保證d/D0.7 3.1.3.4 主軸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定(3) 主軸前端懸伸量a的確定 主軸前端懸伸量是指主軸前支承徑向反力作用點(diǎn)到前端受力作用點(diǎn)之間的距離。在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下盡可能取小值，以提高主軸部件的剛性和抗振性。初步取a=D1。為了縮短a，主軸前端部可采用短錐結(jié)構(gòu)。 3.1.3.4 主軸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定(4) 主軸合理跨距L的確定主軸的跨距是指兩支承反力作用點(diǎn)之間的距離，是影響主軸組件剛度的重要尺寸參數(shù)。合理確定主軸兩主要支承間的跨距，可提高主軸部件的靜剛度。支承跨距小，主軸自身的剛度較大，彎曲變形較小，

13、但支承變形引起的主軸前端的位移量將增大；支承跨距大，支承變形引起的主軸前端的位移量較小，但主軸的彎曲變形將增大。 3.1.3.4 主軸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定(4) 主軸合理跨距L的確定可見，支承跨距過大或過小都會(huì)降低主軸部件的剛度。有關(guān)資料對(duì)合理跨距選擇的推薦值可作參考：1) L合理=(45)D1。2) L合理=(35)a，用于懸伸長度較小時(shí)，如車床、銑床、外圓磨床等。3) L合理=(12)a，用于懸伸長度較大時(shí)，如鏜床、內(nèi)圓磨床等。實(shí)際使用中，跨距L往往大于L 合理。 6.3.5 主軸(1) 主軸的結(jié)構(gòu)主軸本身的結(jié)構(gòu)和形狀主要取決于主軸上所安裝的傳動(dòng)件、軸承等零件的類型、數(shù)量、位置和安裝定位方法

14、等因素。主軸軸端結(jié)構(gòu)形狀取決于機(jī)床的類型、安裝夾具或刀具的方式。要保證夾刀或刀具裝卸方便，具有較高的定位精度，并能傳遞一定的轉(zhuǎn)矩。主軸軸端結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量使懸伸長度短一些。通用機(jī)床的主軸軸端形狀的尺寸已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。 3.1.3.5 主軸(2) 主軸的材料和熱處理主軸材料主要根據(jù)耐磨性、載荷特點(diǎn)和熱處理后的變形大小來選擇。機(jī)床主軸常用的材料及熱處理要求可參見表3-14。 3.1.3.5 主軸(3) 主軸的技術(shù)要求主軸選擇精度技術(shù)要求主軸前后軸頸的同軸度(A-B)；錐孔相對(duì)于前后軸頸中心連線的徑向圓跳動(dòng)；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圓跳動(dòng)和端面圓跳動(dòng)。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)檢測基準(zhǔn)工藝基準(zhǔn) 徑向圓跳

15、動(dòng)端面圓跳動(dòng) 3.1.4 主軸滾動(dòng)軸承主軸軸承的類型、配置方式、精度、安裝、調(diào)整、潤滑和冷卻等都直接影響主軸部件的工作性能。常用主軸軸承有滾動(dòng)軸承、液體動(dòng)壓軸承，液體靜壓軸承、空氣靜壓軸承等。軸承的軸向承載能力和剛度，由強(qiáng)到弱依次為：推力球軸承、推力角軸承、圓錐滾子軸承、角接觸球軸承；承受軸向載荷軸承的極限轉(zhuǎn)速由高到低依次為：角接觸球軸承、推力角接觸球軸承、圓錐滾子軸承、推力球軸承。 3.1.4 主軸滾動(dòng)軸承主軸軸承的要求：選擇精度高、剛度高、承載能力強(qiáng)、極限轉(zhuǎn)速高、適應(yīng)變速范圍大、摩擦小、噪聲低、抗振性好、使用壽命長、制造簡單、使用維護(hù)方便等。3.1.4.1 主軸部件主支承常用滾動(dòng)軸承(1)

16、 角接觸球軸承接觸角a是球軸承的一個(gè)主要設(shè)計(jì)參數(shù)。接觸角a是滾動(dòng)體與滾道接觸點(diǎn)處的公法線與主軸軸線垂直平面間的夾角。 3.1.4.1 主軸部件主支承常用滾動(dòng)軸承(1) 角接觸球軸承(向心推力球軸承)角接觸球軸承極限轉(zhuǎn)速較高；可以同時(shí)承受徑向和一個(gè)軸向的載荷，a越大，可承受的進(jìn)給力越大。主軸用的a一般取15 o或25o。 3.1.4.1 主軸部件主支承常用滾動(dòng)軸承(1) 角接觸球軸承球軸承為點(diǎn)接觸，剛度不高，為提高剛度，同一支承處可多聯(lián)組配。組配方式有三種：背靠背組合；面對(duì)面組合；同向組合。 3.1.4.1 主軸部件主支承常用滾動(dòng)軸承(2) 雙列短圓柱滾子軸承特點(diǎn)：內(nèi)圈有1:12的錐孔，軸向移動(dòng)

17、內(nèi)圈可以調(diào)整軸承的徑向間隙和預(yù)緊；軸承的滾子能承受較大的徑向載荷和轉(zhuǎn)速；軸承由兩列滾子交叉排列，數(shù)量較多，因此剛度很高；不能承受軸向載荷。 3.1.4.1 主軸部件主支承常用滾動(dòng)軸承(3) 圓錐滾子軸承特點(diǎn)：剛度和承載能力大，既可承受徑向力，又可承受雙向軸向力。適用于中低速、中等以上載荷機(jī)床的主軸前支承，但發(fā)熱較大，極限轉(zhuǎn)速受限制。Gamet(加梅)軸承:空心滾子，兩列滾子數(shù)量相差一個(gè)，改善了軸承的動(dòng)態(tài)剛度。 3.1.4.1 主軸部件主支承常用滾動(dòng)軸承(4) 推力軸承特點(diǎn)：只能承受軸向載荷，且承載能力和剛度較大。由于離心力的作用以及滾道深度較小，其極限轉(zhuǎn)速一般較低。 3.1.4.1 主軸部件主

18、支承常用滾動(dòng)軸承(5) 雙向推力角接觸球軸承常用的有234400 (接觸角= 60o)。常與雙列圓柱滾子軸承(NN3000K)組配用于主軸前支承，專作推力軸承使用。該軸承的軸向剛度、允許轉(zhuǎn)速均較高。 234400型軸承 3.1.4.1 主軸部件主支承常用滾動(dòng)軸承(6) 陶瓷滾動(dòng)軸承特點(diǎn)：與鋼制軸承相比，重量輕，離心力??；溫升較低，剛度較大。(7) 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。特點(diǎn)：無機(jī)械磨損，無速度限制，不需要潤滑，工作溫度范圍寬，噪聲小，溫升低，能耗小。 3.1.4.2 幾種典型的主軸軸承配置形式主軸軸承，應(yīng)根據(jù)剛度、旋轉(zhuǎn)精度和極限轉(zhuǎn)速來選擇配置型

19、式。大多數(shù)機(jī)床主軸部件采用兩支承結(jié)構(gòu)，其配置和選用的一般原則如下：(1) 速度型 主軸前后軸承都采用角接觸球軸承(兩聯(lián)或三聯(lián))。軸向切削力越大，角度應(yīng)越大，且大角度的剛度也大。優(yōu)點(diǎn)：具有良好的高速性能缺點(diǎn)：承載能力小應(yīng)用：高速輕載或精密機(jī)床，如高速鏜削單元、高速CNC車床等。 3.1.4.2 幾種典型的主軸軸承配置形式(1) 速度型 角接觸球軸承 3.1.4.2 幾種典型的主軸軸承配置形式(2) 剛度型 前支承采用雙列短圓柱滾子軸承承受徑向載荷和60度角接觸雙列向心推力軸承承受軸向載荷；后支承采用雙列短圓柱滾子軸承， 應(yīng)用：中等轉(zhuǎn)速和切削力較大，剛求要求高的機(jī)床，如數(shù)控車床主軸、鏜削主軸單元等

20、。 雙列短圓柱滾子軸承角接觸雙列向心推力軸承雙列短圓柱滾子軸承 3.1.4.2 幾種典型的主軸軸承配置形式(3) 速度剛度型 前軸承采用三聯(lián)角接觸球軸承，后支承采用雙列短圓柱滾子軸承。前軸承的配置特點(diǎn)是外側(cè)的兩個(gè)角接觸球軸承大口朝向主軸工作端，承受主要方向的軸向力；第三個(gè)角接觸球軸承則通過軸套與外側(cè)的兩個(gè)軸承背靠背配置，使三聯(lián)角接觸球軸承有一個(gè)較大支承跨，以提高承受顛覆力矩的剛度。優(yōu)點(diǎn)：徑向剛度好，可承受較大轉(zhuǎn)速應(yīng)用：臥式銑床等。 3.1.4.2 幾種典型的主軸軸承配置形式(3) 速度剛度型 承受軸向力三聯(lián)角接觸球軸承雙列短圓柱滾子軸承承受徑向力起支承作用 3.1.4.2 幾種典型的主軸軸承配

21、置形式(4) 配置圓錐滾子軸承的機(jī)床主軸 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比采用雙列圓柱滾子軸承簡單，承載能力和剛度比角接觸球軸承高。缺點(diǎn)：發(fā)熱大，溫升高，極限轉(zhuǎn)速低應(yīng)用：載荷較大，轉(zhuǎn)速不太高，精度一般。 3.1.4.2 幾種典型的主軸軸承配置形式(5) 臥式鏜銑床主軸部件 優(yōu)點(diǎn)：前端采用雙列圓錐滾子軸承，可以承受雙向軸向力和徑向力，承載能力大，剛性好，結(jié)構(gòu)簡單。鏜主軸銑主軸 3.1.4.2 幾種典型的主軸軸承配置形式(6) 搖臂鉆床主軸部件 優(yōu)點(diǎn)：采用推力球軸承，可以承受兩個(gè)方向的軸向力，主軸剛度高。應(yīng)用：承受軸向載荷大的機(jī)床主軸，如鉆床。 3.1.4.3 幾種典型的主軸軸承配置形式大多數(shù)機(jī)床主軸部件采用兩支承結(jié)

22、構(gòu)，其配置和選用的一般原則如下：(1) 適應(yīng)承載能力和剛度的要求 v圓柱或圓錐滾子軸承，其徑向承載能力和剛度要比點(diǎn)接觸的球軸承好；v在軸向承載能力和剛度方面，以推力球軸承最高，圓錐滾子軸承次之，角接觸球軸承為最低;v有沖擊載荷時(shí)，宜選用滾子軸承；v前支承所受載荷通常大于后支承，且前支承變形對(duì)主軸軸端位移(即剛度)影響較大，故前支承處軸承的承載能力和剛度應(yīng)比后支承處大。 3.1.4.2幾種典型的主軸軸承配置形式(2) 適應(yīng)轉(zhuǎn)速的要求 v相同類型的軸承，其規(guī)格越小、精度等級(jí)越高，允許的最高轉(zhuǎn)速也越高；v相同規(guī)格的軸承，點(diǎn)接觸的球軸承比線接觸的滾子軸承允許的轉(zhuǎn)速高，滾子軸承比滾錐軸承允許的轉(zhuǎn)速高。(

23、3) 適應(yīng)結(jié)構(gòu)要求 v為了使主軸部件具有高的剛度，且結(jié)構(gòu)緊湊，主軸直徑應(yīng)選大一些較好，這時(shí)軸承選用輕型或特(超)輕型，或者可在同一支承處(尤其是前支承)配置兩聯(lián)或多聯(lián)軸承。 3.1.4.3 滾動(dòng)軸承精度等級(jí)的選擇(1) 前后軸承的精度對(duì)主軸旋轉(zhuǎn)精度是影響是不同的； (2) 前支承對(duì)主軸的旋轉(zhuǎn)精度影響較大，因此前軸承的精度比后軸承高一級(jí)；(3) 偏移量是有方向的，前后軸承的偏移方向應(yīng)該放在同一側(cè)，以抵消主軸端部的偏移。a1=(L+a)a/L b1=ab/L 3.1.4.3 滾動(dòng)軸承精度等級(jí)的選擇機(jī)床主軸軸承精度有P2、P4、P5、P6以及SP和UP等6級(jí)。目前精度都在P4(SP)以上，P6級(jí)軸承

24、處于淘汰的狀態(tài)。 3.1.4.4 主軸滾動(dòng)軸承的預(yù)緊（重點(diǎn)）預(yù)緊就是采用預(yù)加載荷的方法消除軸承間隙，而且有一定的過盈量，使?jié)L動(dòng)體和內(nèi)外圈接觸部分產(chǎn)生預(yù)變形，增加接觸面積，提高支承剛度和抗振性。預(yù)緊是提高主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度、剛度和抗振性的重要手段，但預(yù)緊量不能太大，過緊則會(huì)使內(nèi)外圈變形，同樣會(huì)影響主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度、加速軸承的磨損、增加溫升和熱變形，降低軸承壽命。預(yù)緊力通常分為三級(jí)：輕預(yù)緊(高速主軸)、中預(yù)緊(中、低速主軸)和重預(yù)緊(分度主軸)，代號(hào)為A、B、C。 3.1.4.4 主軸滾動(dòng)軸承的預(yù)緊調(diào)整環(huán)過盈套 雙列短圓柱滾子軸承雙向推力角接觸球軸承1） 螺 母 軸 向 移 動(dòng) 內(nèi) 圈 2） 調(diào)

25、 整 環(huán) 長 度 實(shí) 現(xiàn) 預(yù) 緊 3.1.4.4 主軸滾動(dòng)軸承的預(yù)緊軸 承 預(yù) 緊 后 對(duì) 主 軸 系 統(tǒng) 的 影 響 ：1、 預(yù) 緊 后 主 軸 的 旋 轉(zhuǎn) 精 度 提 高 ；2、 預(yù) 緊 后 主 軸 的 剛 度 提 高 ；3、 預(yù) 緊 后 主 軸 的 磨 損 加 劇 ；4、 預(yù) 緊 后 主 軸 的 發(fā) 熱 量 增 加 。 3.1.4.5 滾動(dòng)軸承的潤滑和密封滾動(dòng)軸承所用的潤滑劑主要有潤滑脂和潤滑油。密封的方式主要有非接觸式和接觸式 。 選 擇 密 封 形 式 考 慮 因 素 : 軸 的 轉(zhuǎn) 速 軸 承 的 潤 滑 方 式 軸 端 結(jié) 構(gòu) 軸 承 工 作 溫 度 軸 承 工 作 外 界 環(huán)

26、境 3.1.5 主軸滑動(dòng)軸承滑動(dòng)軸承應(yīng)有良好的抗振性，旋轉(zhuǎn)精度高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)等特點(diǎn)，應(yīng)用于高速或低速的精密、高精密機(jī)床和數(shù)控機(jī)床中。l按產(chǎn)生油膜的方式，可分為：動(dòng)壓軸承靜壓軸承液體滑動(dòng)軸承氣體滑動(dòng)軸承l(wèi)按照流體介質(zhì)不同可分為：注 意 對(duì) 比 二 者 特 點(diǎn) 3.1.5.1 動(dòng)壓軸承原理：當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)潤滑油從間隙大處向間隙小處流動(dòng)，形成壓力油楔而產(chǎn)生油膜壓力p將主軸浮起。特點(diǎn)：轉(zhuǎn)速越高，間隙越小，油膜承載能力越大。動(dòng)壓軸承按油楔數(shù)分為單油楔和多油楔。多油楔軸承形成的油膜壓力在幾個(gè)方向上支承軸徑，軸心位置穩(wěn)定性好，抗振動(dòng)和沖擊性能好。故多采用多油楔軸承。 3.1.5.1 動(dòng)壓軸承(1) 固定多

27、油楔滑動(dòng)軸承 偏心圓弧或阿基米德螺旋線a) 主 軸 組 件 ， b) 軸 瓦 主 軸 旋 轉(zhuǎn) 方 向 恒 定 ， 不 須換 向 ， 轉(zhuǎn) 速 變 化 小 時(shí)轉(zhuǎn) 速 變 化 ， 且 換 向 3.1.5.1 動(dòng)壓軸承(2) 活動(dòng)多油楔滑動(dòng)軸承浮動(dòng)軸瓦b 00.4Bh1/h2=2.2缺點(diǎn)：單向、剛度低 3.1.5.2 液體靜壓軸承原理：由專門的供油系統(tǒng)提供壓力油，輸進(jìn)軸和軸承間隙中，利用油的靜壓力支承載荷，軸頸始終浮在壓力油中。特點(diǎn)：承載能力高；旋轉(zhuǎn)精度高；油膜有均化誤差的作用，可提高加工精度；抗振性好；運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)；既能在低速下工作，也能在高速下工作（速度特性好）；摩擦小，軸承壽命長。v固定節(jié)流器v可變

28、節(jié)流器 3.1.5.3 氣體靜壓軸承用空氣作為介質(zhì)的靜壓軸承稱為氣體靜壓軸承，也稱為氣浮軸承或空氣軸承，其工作原理與液體靜壓軸承相同。特點(diǎn)：摩擦小，功耗小，能在極高轉(zhuǎn)速或極低溫度下工作，震動(dòng)、噪聲特別小，旋轉(zhuǎn)精度高，壽命長，基本不需要維護(hù)，常用于高速、超高速、高精度機(jī)床中。 3.1.5.3 氣體靜壓軸承具有氣體靜壓軸承的主軸結(jié)構(gòu)形式主要有三種：(1) 具有徑向圓柱與平面止推型軸承的主軸部件 (2) 采用雙半球形氣體靜壓軸承 (3) 前端為球形，后端為圓柱形或半球形 3.2 支承件設(shè)計(jì)3.2.1 支承件的功能和應(yīng)滿足的基本要求支承件是指床身、立柱、橫梁、搖臂、底座、箱體和升降臺(tái)等大件，它們相互連

29、接構(gòu)成機(jī)床基礎(chǔ)，保證機(jī)床零部件的相對(duì)位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度。 3.2.1.1 支承件的功用:(1) 支承機(jī)床部件的作用，承受重力、切削力、慣性力、摩擦力等；(2) 保證各部件之間的相對(duì)位置精度和運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)精度。(3)支承件內(nèi)部空間常作為變速箱、液壓油箱，或安置電氣箱、冷卻和潤滑裝置及電動(dòng)機(jī)。 3.2.1.2 支承件應(yīng)滿足的基本要求(1) 應(yīng)具有足夠的剛度和較高的剛度質(zhì)量比(a) 自身剛度。支承件抵抗自身變形的能力，稱為自身剛度。支承件的自身剛度主要為彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。(b) 局部剛度。支承件抵抗局部變形的能力，稱為局部剛度。局部變形主要發(fā)生在支承件上載荷較集中的局部結(jié)構(gòu)處。(c) 接觸剛度。

30、支承件的結(jié)合面在外載荷作用下抵抗接觸變形的能力，稱為接觸剛度。(2) 良好的動(dòng)態(tài)特性。在規(guī)定的切削條件下工作時(shí)，不產(chǎn)生受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)，保證切削的穩(wěn)定性。 3.2.1.2 支承件應(yīng)滿足的基本要求(3) 熱穩(wěn)定性好機(jī)床熱變形無法消除，只能采取一定措施予以改善。 (a) 散熱和隔熱 隔離熱源，如將主要熱源與機(jī)床分離。適當(dāng)加大散熱面積。(b) 均衡溫度場(c) 熱對(duì)稱結(jié)構(gòu) 采用熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)，可使熱變形后對(duì)稱中心線的位置基本不變，這樣可減少對(duì)工作精度的影響。(4) 排屑暢通、調(diào)運(yùn)安全，并具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。 3.2.2 支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮因素：機(jī)床的類型、布局、支承件的形狀、工藝性、結(jié)構(gòu)、靜態(tài)剛度

31、、動(dòng)態(tài)特性等。3.2.2.1 機(jī)床的類型、布局、支承件的形狀1.機(jī)床的類型根據(jù)所受外載的特點(diǎn)，機(jī)床類型可分為三類：(1) 中小型機(jī)床：外載荷以切削力為主，工件重力、移動(dòng)部件重力等相對(duì)較小，可忽略不計(jì)，如車床；(2) 精密和高精密機(jī)床：以移動(dòng)件的重力和熱應(yīng)力為主，主要用于精加工，如雙立柱坐標(biāo)鏜床；(3) 大型和重型機(jī)床：重力和切削力必須同時(shí)考慮，如重型車床、落地鏜床、龍門式機(jī)床等。 2.機(jī)床的布局形式對(duì)支承件形狀的影響中型臥式車床采用前傾床身、前傾拖板布局形式較多，優(yōu)點(diǎn)是排屑簡單，不使切屑堆積在導(dǎo)軌上將熱量傳給床身而產(chǎn)生熱變形；容易安裝自動(dòng)排屑裝置；床身設(shè)計(jì)成封閉的箱形，能保證有足夠的抗彎和抗扭

32、強(qiáng)度。平床身平拖板后傾床身平拖板平床身前傾拖板前傾床身前傾拖板 3. 支承件的形狀(1) 箱形類：三個(gè)方向的尺寸差不多，如各類箱體、底座、升降臺(tái)等；(2) 板塊類：兩個(gè)方向的尺寸比第三個(gè)大得多，如工作臺(tái)、刀架等；(3) 梁類：一個(gè)方向的尺寸比另兩個(gè)大得多，如立柱、橫梁、搖臂、滑枕、床身等。 7.2.2 支承件的截面形狀和選擇支承件結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)是應(yīng)在最小重量條件下，具有最大靜剛度。靜剛度包括彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度，均與截面慣性矩成正比。支承件截面形狀不同，即使同一材料、相等的截面面積，其抗彎和扭轉(zhuǎn)慣性矩也不同。比較后可知：(1) 空心截面的剛度都比實(shí)心的大。(2) 圓(環(huán))形截面的抗扭剛度比方形好

33、，而抗彎剛度比方形低。(3) 封閉截面的剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于開口截面的剛度，特別是抗扭剛度。 3.2.2.2 支承件的截面形狀和選擇車床類床身，主要承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，需要排除大量切削和切削。鏜床、龍門刨床類床身，主要承受彎曲載荷，床身不需要排除切削和切削液，頂面多采用封閉結(jié)構(gòu)。大型和重型機(jī)床類床身，常采用三道壁結(jié)構(gòu)，以提高剛度。 3.2.2.3 支承件肋板和肋條的布置肋板：指連接支承件四周外壁的內(nèi)板。作用：它能使支承件外壁的局部載荷傳遞給其他壁板，從而使整個(gè)支承件承受載荷，加強(qiáng)支承件的自身和整體剛度。水平：提高支承件水平面內(nèi)的彎曲剛度垂直：提高支承件垂直面內(nèi)的彎曲剛度斜向：同時(shí)提高支承件的抗彎和抗扭

34、剛度 3.2.2.3 支承件肋板和肋條的布置肋條一般配置在支承件的某一內(nèi)壁上，主要為了減小局部變形和薄壁振動(dòng)，用來提高支承件的局部剛度。肋條的布置：縱向、橫向和斜向，常常布置成交叉排列。 3.2.2.4 合理選擇支承件的壁厚鑄鐵：根據(jù)當(dāng)量尺寸C來選擇。C=(2L+B+H)/3L、B、H分別為支承件的長、寬、高。焊接件：由于鋼的彈性模量比鑄鐵大一倍，壁厚可以比鑄件薄2/34/5；但是鋼的抗振性差。 3.2.3 支承件的材料3.2.3.1 鑄鐵一般支承件用灰口鐵制成，在鑄鐵中加入少量合金元素如鉻、硅、稀土等可提高耐磨性。 鑄鐵鑄造性能好，容易得到復(fù)雜的形狀，阻尼大，有良好的抗振性能。 鑄造后必須進(jìn)

35、行時(shí)效處理，消除鑄造應(yīng)力。（自然時(shí)效；人工時(shí)效；振動(dòng)時(shí)效） 鑲裝導(dǎo)軌的支承件灰口鐵牌號(hào)為HT150；與導(dǎo)軌制作一體的支承件，常采用的牌號(hào)為HT200；齒輪箱體常采用的牌號(hào)為HT250；主軸箱箱體常采用的牌號(hào)為HT300、HT350。 3.2.3 支承件的材料3.2.3.2 鋼板焊接結(jié)構(gòu)用鋼板和型鋼焊接支承件，制造周期短，不用制作木模；鋼的彈性模量約為鑄鐵的1.7倍，抗彎剛度好，重量輕；焊接床身的缺點(diǎn)是阻尼小，抗振性差。3.2.3.3 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土優(yōu)點(diǎn)：剛度比鑄鐵高幾倍，阻尼比鑄鐵大，抗振性能優(yōu)于鑄鐵，制造工藝簡單，成本低。缺點(diǎn)：脆性大，耐腐蝕性差。 鋼精混凝土床身，抗振性好內(nèi)封砂芯，提高床

36、身阻尼 3.2.3.4 天然花崗巖優(yōu)點(diǎn)是：性能穩(wěn)定，精度保持性好，抗振性好，熱穩(wěn)定性好，抗氧化性強(qiáng)，不導(dǎo)電，抗磁，與金屬不粘結(jié)，加工方便。缺點(diǎn)是：抗沖擊性能差，脆性大，難于加工成復(fù)雜形狀的零件。3.2.3.5 樹脂混凝土（人造花崗巖） 3.2.3.5 樹脂混凝土（人造花崗巖）優(yōu)點(diǎn)：剛度高，具有良好的阻尼性能，抗振性好，熱穩(wěn)定性高，質(zhì)量輕，可有良好的幾何形狀精度，極好的耐腐蝕性，成本低，無污染，生產(chǎn)周期短，床身靜剛度高。缺點(diǎn)：某些機(jī)械性能差，但是可以預(yù)埋金屬或添加高強(qiáng)度纖維來提高性能。對(duì)于高速、高效、高精度機(jī)床應(yīng)用廣泛。樹脂混凝土床身有整體結(jié)構(gòu)形式、分塊結(jié)構(gòu)形式和框架結(jié)構(gòu)形式。 7.3.5 樹脂

37、混凝土（人造花崗巖）框架結(jié)構(gòu)形式：床身框架由金屬 型材焊接而成，在框架內(nèi)進(jìn)行澆鑄。整體結(jié)構(gòu)形式：導(dǎo)軌是金屬件，可直接澆鑄，也可澆鑄后安裝。分塊結(jié)構(gòu)形式：主要針對(duì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的大型床身結(jié)構(gòu)。 3.2.4 提高支承件結(jié)構(gòu)性能的措施提高支承件的結(jié)構(gòu)性能，主要是提高系統(tǒng)的靜剛度、固有頻率以及增加系統(tǒng)的阻尼。以避免共振，提高動(dòng)剛度。3.2.4.1 提高支承件的靜剛度和固有頻率根據(jù)支承件受力情況合理選擇支承件的材料、截面形狀和尺寸、壁厚，合理的布置肋板和肋條，以提高結(jié)構(gòu)整體和局部的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。 3.2.4.1 提高支承件的靜剛度和固有頻率床身采用傾斜式空心封閉箱形結(jié)構(gòu)，排屑方便，抗扭剛度高。床身采

38、用三角形肋板結(jié)構(gòu)，抗扭抗彎剛度均較高。 3.2.4.1 提高支承件的靜剛度和固有頻率 床身采用雙層壁加強(qiáng)肋的結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔有冷卻系統(tǒng)，防止熱變形；立柱設(shè)計(jì)成雙重壁加強(qiáng)肋的封閉式框架結(jié)構(gòu)，剛度好。立式加工中心立柱床身分別采用菱形和X形加強(qiáng)肋板，截面近似正方形，兩個(gè)方向的抗彎剛度基本相同，抗扭剛度也較高，常用于受復(fù)雜空間載荷作用的機(jī)床。 3.2.4.2 提高動(dòng)態(tài)特性1. 改善阻尼特性對(duì)于鑄件支承件，鑄件內(nèi)砂芯不清除，或在支承件中填充型砂或混凝土等阻尼材料，可以起到減振作用。 1. 改善阻尼特性對(duì)焊接支承件，除了可以在內(nèi)腔中填充混凝土減振外，還可以充分利用結(jié)合面間的摩擦阻尼來減小振動(dòng)（即分段焊縫可增大阻

39、尼）。或者采用阻尼涂層。 不 同 焊 縫 尺 寸 對(duì) 構(gòu) 件動(dòng) 剛 度 影 響 1. 改善阻尼特性鐵塊鋼球高黏度油采 用 合 理 設(shè) 計(jì) 得 到 的 阻 尼 是 本 身 阻 尼 的 10-100倍 2. 采用新材料制造支承件研發(fā)并采用剛性高、抗振性好，熱變形小、耐化學(xué)腐蝕的新材料。（樹脂混凝土）3.2.4.3 提高熱穩(wěn)定性主要有三種方法：控制溫升：采用分離或隔絕熱源方法。采用熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)：所謂熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)是指在發(fā)生熱變形時(shí)，其工件或刀具回轉(zhuǎn)中心線的位置基本保持不變，因而減小了對(duì)加工精度的影響。采用熱補(bǔ)償裝置：采用熱補(bǔ)償裝置的基本方法是在熱變形的相反方向上采取措施，產(chǎn)生相應(yīng)的反方向熱變形，使兩者之間

40、影響互相抵消，減少綜合熱變形。 床身結(jié)構(gòu)圖 對(duì)稱的床身結(jié)構(gòu)，排屑器能從床身中部迅速地將炙熱的切屑排除，并且冷卻油的對(duì)稱循環(huán)保證了機(jī)床的熱穩(wěn)定性。 高 剛 性 結(jié) 構(gòu) 3.3 導(dǎo)軌設(shè)計(jì)3.3.1 導(dǎo)軌的功能和應(yīng)滿足的基本要求3.3.1.1 支承件的功用和分類導(dǎo)軌的功用是承受載荷(重力和切削力)和導(dǎo)向。在導(dǎo)軌副中，運(yùn)動(dòng)的一方叫動(dòng)導(dǎo)軌，不動(dòng)的一方叫支承導(dǎo)軌。動(dòng)導(dǎo)軌相對(duì)于支承導(dǎo)軌通常只有一個(gè)自由度的直線運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。1) 按工作性質(zhì)可分為主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和移置導(dǎo)軌。2) 按摩擦性質(zhì)可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌?；瑒?dòng)導(dǎo)軌按兩導(dǎo)軌面間的摩擦狀態(tài)又可分為液體靜壓導(dǎo)軌、液體動(dòng)壓導(dǎo)軌、普通滑動(dòng)導(dǎo)軌等。滾動(dòng)

41、導(dǎo)軌是在兩導(dǎo)軌面間裝有滾珠、滾柱或滾針等滾動(dòng)體，具有滾動(dòng)摩擦的性質(zhì)。 3.3.1 導(dǎo)軌的功能和應(yīng)滿足的基本要求3.3.1.1 導(dǎo)軌的功用和分類3) 按受力情況可分為開式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌(能夠承受較大顛覆力矩)。 壓 板 3.3.1.2 導(dǎo)軌應(yīng)滿足的要求(1) 導(dǎo)向精度 導(dǎo)向精度是指動(dòng)導(dǎo)軌沿支承導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)時(shí)，直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的直線度、平行度和圓周運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的圓度，以及導(dǎo)軌同其它運(yùn)動(dòng)部件(如主軸)之間相互位置的準(zhǔn)確性。影響導(dǎo)向精度的因素有: 導(dǎo)軌的幾何精度和接觸精度、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式和裝配精度、導(dǎo)軌和支承件的剛度和熱變形等。其中導(dǎo)軌的幾何精度對(duì)導(dǎo)向精度影響最大。 3.3.1.2 導(dǎo)軌應(yīng)滿足的要求(2) 精度保

42、持性 即導(dǎo)軌的耐磨性；影響精度保持性的主要因素是磨損，導(dǎo)軌的耐磨性是決定導(dǎo)向精度能否長期保持的關(guān)鍵；常見磨損的形式有磨粒磨損、咬合磨損(咬焊)、疲勞磨損；滑動(dòng)導(dǎo)軌磨損的基本形式是磨粒磨損和咬合磨損；滾動(dòng)導(dǎo)軌則主要是疲勞磨損；導(dǎo)軌耐磨性與導(dǎo)軌材料及熱處理、導(dǎo)軌面的摩擦性質(zhì)、導(dǎo)軌受力情況及導(dǎo)軌相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度等有關(guān)。 3.3.1.2 導(dǎo)軌應(yīng)滿足的要求(3) 剛度和承載能力若導(dǎo)軌承載后變形，則直接影響部件之間的相對(duì)位置精度和導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度，因此要求導(dǎo)軌有足夠的剛度。導(dǎo)軌的變形包括接觸變形、扭轉(zhuǎn)變形以及由于導(dǎo)軌支承件變形而引起的導(dǎo)軌變形。導(dǎo)軌的變形主要取決于導(dǎo)軌的形狀、尺寸及與支承件的連接方式、受載情況等

43、。 3.3.1.2 導(dǎo)軌應(yīng)滿足的要求(4) 低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性 要保證在低速運(yùn)動(dòng)或微量位移時(shí)不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象(低速時(shí)運(yùn)動(dòng)速度不平穩(wěn)現(xiàn)象)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)的爬行將使加工表面粗糙度增大；定位運(yùn)動(dòng)時(shí)的不平穩(wěn)，將降低定位精度。與導(dǎo)軌的材料及結(jié)構(gòu)尺寸、潤滑狀況、動(dòng)靜摩擦系數(shù)之差、導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)剛度有關(guān)。(5) 結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好 應(yīng)盡量使導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)簡單，便于制造和維護(hù)。對(duì)于刮研導(dǎo)軌，應(yīng)盡量減少刮研量；對(duì)于鑲裝導(dǎo)軌，應(yīng)做到更換容易。 3.3.2 導(dǎo)軌的截面形狀選擇和間隙的調(diào)整（重點(diǎn)）3.3.2.1 直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的截面形狀直線導(dǎo)軌的截面形狀主要有四種：矩形、三角形、燕尾形和圓柱形，它們可互相組合，每種導(dǎo)軌副中還有

44、凹、凸之分。(1) 矩形導(dǎo)軌矩形導(dǎo)軌具有承載能力大、剛度高、制造簡單、檢驗(yàn)和維修方便等優(yōu)點(diǎn)。但存在側(cè)向間隙，導(dǎo)向性差。適用于載荷較大而導(dǎo)向要求略低的機(jī)床。 3.3.2.1 直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的截面形狀(2) 三角形導(dǎo)軌三角形導(dǎo)軌磨損時(shí)自動(dòng)補(bǔ)償磨損量，不產(chǎn)生間隙。導(dǎo)軌頂角越小，導(dǎo)向性越好，但摩擦力也越大。小頂角用于輕載荷精密機(jī)械，大頂角用于大型或重型機(jī)床。三角形導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)有對(duì)稱式和不對(duì)稱式兩種。 3.3.2.1 直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的截面形狀(3) 燕尾形導(dǎo)軌燕尾形導(dǎo)軌承載較大的顛覆力矩，導(dǎo)軌的高度較小，結(jié)構(gòu)緊湊，間隙調(diào)整方便。但剛度較差，加工檢驗(yàn)維修都不太方便。適用于受力小、層次多、要求間隙調(diào)整方便的部件。

45、3.3.2.1 直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的截面形狀(4) 圓柱形導(dǎo)軌圓柱形導(dǎo)軌制造方便，工藝性好，但磨損后較難調(diào)整和補(bǔ)償間隙。主要用于承受軸向載荷的導(dǎo)軌，應(yīng)用較少。3.3.2.2 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的截面形狀(1) 平面環(huán)形導(dǎo)軌平面環(huán)形導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、能承受較大的軸向力；但不能承受徑向力，因而必須與主軸聯(lián)合使用，由主軸來承受徑向載荷。 3.3.2.2 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的截面形狀(2) 錐面環(huán)形導(dǎo)軌錐面環(huán)形導(dǎo)軌除能承受軸向載荷外，還能承受一定的徑向載荷；但不能承受較大的顛覆力矩。導(dǎo)向性比平面環(huán)形好，但制造較困難。(3) 雙錐面導(dǎo)軌雙錐面導(dǎo)軌能承受較大的徑向力，軸向力和一定的顛覆力矩，制造研磨均較困難。 3.3

46、.2.3 導(dǎo)軌的組合形式(1) 雙三角形導(dǎo)軌雙三角形導(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)和維修都不方便。 3.3.2.3 導(dǎo)軌的組合形式(2) 雙矩形導(dǎo)軌雙矩形導(dǎo)軌承載能力大、制造簡單。多用在普通精度機(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)向方式有兩種寬式組合和窄式組合。 寬 式 組 合 窄 式 組 合 3.3.2.3 導(dǎo)軌的組合形式(3) 矩形和三角形導(dǎo)軌矩形和三角形導(dǎo)軌的組合導(dǎo)向性好，剛性高，制造方便，應(yīng)用最廣。(4) 矩形和燕尾形導(dǎo)軌矩形和燕尾形導(dǎo)軌的組合能承受較大力矩，調(diào)整方便，多用在橫梁、立柱、搖臂導(dǎo)軌中。 3.3.2.4

47、導(dǎo)軌間隙的調(diào)整導(dǎo)軌面間的間隙對(duì)機(jī)床工作性能有直接影響，如果間隙過大，會(huì)影響運(yùn)動(dòng)精度和平穩(wěn)性；間隙過小，運(yùn)動(dòng)阻力大，導(dǎo)軌的磨損加快。導(dǎo)軌常用壓板、鑲條來調(diào)整。(1) 壓板壓板用來調(diào)整導(dǎo)軌面的間隙和承受顛覆力矩。 磨 、 刮 磨 、 刮 墊 片 平 鑲 條 3.3.2.4 導(dǎo)軌間隙的調(diào)整(2) 鑲條鑲條調(diào)整矩形導(dǎo)軌和燕尾形導(dǎo)軌的側(cè)向間隙。(點(diǎn)受力、易變形、剛度低) 矩 形 截 面 梯 形 截 面 平 行 四 邊 形 截 面平鑲條 3.3.2.4 導(dǎo)軌間隙的調(diào)整(2) 鑲條鑲條調(diào)整矩形導(dǎo)軌和燕尾形導(dǎo)軌的側(cè)向間隙。斜 鑲 條 3.3.2.4 導(dǎo)軌間隙的調(diào)整(3) 導(dǎo)向調(diào)整板采用導(dǎo)向調(diào)整板調(diào)整間隙，調(diào)整

48、方便，接觸良好，磨損小。 3.3.3 導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)類型和特點(diǎn)滑動(dòng)導(dǎo)軌靜壓導(dǎo)軌卸荷導(dǎo)軌滾動(dòng)導(dǎo)軌 3.3.3.1 滑動(dòng)導(dǎo)軌滑動(dòng)導(dǎo)軌具有一定動(dòng)壓效應(yīng)的混合摩擦狀態(tài)。導(dǎo)軌的動(dòng)壓效應(yīng)主要與導(dǎo)軌的摩擦速度、潤滑油粘度、導(dǎo)軌面的油溝尺寸和形式等有關(guān)。速度較高的主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，應(yīng)合理設(shè)計(jì)油溝型式和尺寸，選擇合適粘度的潤滑油，以產(chǎn)生較好的動(dòng)壓效果。 3.3.3.1 滑動(dòng)導(dǎo)軌優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、制造方便和抗振性好。缺點(diǎn)是磨損快。措施：為提高耐磨性，廣泛采用塑料導(dǎo)軌和鑲鋼導(dǎo)軌。塑料導(dǎo)軌使用粘結(jié)法或涂層法覆蓋在導(dǎo)軌面上。通常對(duì)長導(dǎo)軌用噴涂法、對(duì)短導(dǎo)軌用粘結(jié)法。(1) 粘結(jié)塑料軟帶導(dǎo)軌(2) 塑料涂層(3) 金屬塑料復(fù)合導(dǎo)軌(4

49、) 鑲鋼導(dǎo)軌 3.3.3.2 靜壓導(dǎo)軌工作原理與靜壓軸承相似，通常在動(dòng)導(dǎo)軌面上均勻分布有油腔和封油面，把具有一定壓力的液體或氣體介質(zhì)經(jīng)節(jié)流器送到油腔內(nèi)，使導(dǎo)軌面間流體產(chǎn)生壓力，將動(dòng)導(dǎo)軌微微抬起，與支承導(dǎo)軌脫離，浮在壓力油膜或氣膜上。優(yōu)點(diǎn)：摩擦系數(shù)小，在啟動(dòng)和停止時(shí)沒有磨損，精度保持性好。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要一套專門液壓或氣壓設(shè)備，維修、調(diào)整比較麻煩。多用于精密和高精密機(jī)床或低速運(yùn)動(dòng)機(jī)床中。靜壓導(dǎo)軌按結(jié)構(gòu)形式分為開式和閉式兩大類。 3.3.3.2 靜壓導(dǎo)軌 開 式 靜 壓 導(dǎo) 軌閉 式 靜 壓 導(dǎo) 軌 3.3.3.3 卸荷導(dǎo)軌卸荷導(dǎo)軌用來降低導(dǎo)軌面的壓力，減少摩擦阻力，從而提高導(dǎo)軌的耐磨性和低速

50、運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，尤其是對(duì)大、重型機(jī)床來說，工作臺(tái)和工件的質(zhì)量很大，導(dǎo)軌面上的摩擦阻力很大，常用卸荷導(dǎo)軌。導(dǎo)軌的卸荷方式有機(jī)械卸荷、液壓卸荷和氣壓卸荷。(1) 機(jī)械卸荷導(dǎo)軌卸荷力不能隨外載荷的變化而調(diào)節(jié)。 3.3.3.3 卸荷導(dǎo)軌(2) 液壓卸荷導(dǎo)軌將高壓油壓入工作臺(tái)導(dǎo)軌上的一串縱向油槽，產(chǎn)生向上的浮力，分擔(dān)工作臺(tái)的部分外載，起到卸荷的作用。(3) 自動(dòng)調(diào)節(jié)氣壓卸荷導(dǎo)軌壓縮空氣進(jìn)入工作臺(tái)的氣囊，經(jīng)導(dǎo)軌面間由于表面粗糙度而形成的微小溝槽流入大氣，導(dǎo)軌間的氣壓呈梯形分布，形成一個(gè)氣墊，產(chǎn)生的上浮力對(duì)導(dǎo)軌進(jìn)行卸荷。 3.3.3.4 滾動(dòng)導(dǎo)軌與滑動(dòng)導(dǎo)軌相比，滾動(dòng)導(dǎo)軌其特點(diǎn)如下：優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)小，動(dòng)、靜摩擦

51、因數(shù)很接近。因此摩擦力小，起動(dòng)輕便，運(yùn)動(dòng)靈敏，不易爬行；磨損小，精度保持性好，壽命長。常用于對(duì)運(yùn)動(dòng)靈敏度要求高的地方，如數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人或者精密定位微量進(jìn)給機(jī)床等。缺點(diǎn)是抗振性差，但可以通過預(yù)緊方式提高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。（一） 滾動(dòng)導(dǎo)軌的類型1. 按滾動(dòng)體的類型分類滾動(dòng)體主要有滾珠、滾柱、滾針等。 （一） 滾動(dòng)導(dǎo)軌的類型1. 按滾動(dòng)體的類型分類(1) 滾珠導(dǎo)軌由于滾珠和導(dǎo)軌面是點(diǎn)接觸，故運(yùn)動(dòng)輕便，但剛度低，承載能力小。常用于運(yùn)動(dòng)件重量、載荷不大的場合。 （一） 滾動(dòng)導(dǎo)軌的類型1. 按滾動(dòng)體的類型分類(2) 滾柱(滾針)導(dǎo)軌滾柱導(dǎo)軌中的滾柱與導(dǎo)軌面是線接觸，故它的承載能力和剛度比滾珠導(dǎo)軌大，耐

52、磨性較好，靈活性稍差。滾柱對(duì)導(dǎo)軌的不平度較敏感，容易產(chǎn)生側(cè)向偏移和滑動(dòng)，而使導(dǎo)軌的阻力增加，磨損加快，精度降低。滾柱的直徑越大，對(duì)導(dǎo)軌的不平度越為敏感。 （一） 滾動(dòng)導(dǎo)軌的類型2. 按循環(huán)方式分類(1) 循環(huán)式滾動(dòng)導(dǎo)軌（滾動(dòng)體在運(yùn)行過程中沿自己的工作軌道和返回軌道作連續(xù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)）(2) 非循環(huán)式滾動(dòng)導(dǎo)軌滾動(dòng)體在運(yùn)動(dòng)過程中不循環(huán)，形程有限。 滾 針 不 循 環(huán) 型滾 柱 循 環(huán) 型滾 珠 循 環(huán) 型 導(dǎo) 軌 條端 面 擋 板 密 封 墊 滾 珠滑 塊 （二） 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的工作原理導(dǎo) 軌 條端 面 擋 板密 封 墊 滾 珠滑 塊 （三） 滾動(dòng)導(dǎo)軌塊（規(guī)?；?，承載能力大，剛度高，系列化） （四）

53、 滾動(dòng)導(dǎo)軌的預(yù)緊方法是靠螺釘、墊塊或斜塊移動(dòng)導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)、還可靠尺寸差達(dá)到預(yù)緊。 3.3.3.5 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)1.滑動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)滑動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)主要有如下內(nèi)容選擇滑動(dòng)導(dǎo)軌的類型和截面形狀；根據(jù)機(jī)床的工作條件、使用性能，選擇合適的導(dǎo)軌類型；選擇合適的導(dǎo)軌材料、熱處理方法，保證導(dǎo)軌耐磨性和使用壽命；進(jìn)行滑動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算；設(shè)計(jì)導(dǎo)軌調(diào)整間隙裝置和補(bǔ)償方法；設(shè)計(jì)潤滑、防護(hù)系統(tǒng)裝置；制定出導(dǎo)軌制造加工、裝配的技術(shù)要求。 3.3.3.5 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)2. 滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)目前，直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副和滾動(dòng)導(dǎo)軌塊基本上已經(jīng)系列化、規(guī)格化和模塊化。用戶可根據(jù)需要進(jìn)行外購。滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)導(dǎo)軌的工作條件、受力情況、

54、使用壽命等要求，選擇直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副或滾動(dòng)導(dǎo)軌塊的類型、數(shù)量，并進(jìn)行合理的配置。 3.3.4 提高導(dǎo)軌精度、剛度和耐磨性的措施3.3.4.1 合理選擇導(dǎo)軌的材料和熱處理(1) 導(dǎo)軌副材料的選用原則 對(duì)導(dǎo)軌材料的主要要求：耐磨性好、工藝性好、成本低。 常用的導(dǎo)軌材料有鑄鐵、鋼、有色金屬和塑料。 為了提高耐磨性和防止咬焊，動(dòng)導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌應(yīng)盡量采用不同的材料，一般動(dòng)導(dǎo)軌采用較軟的材料，以便維修。 若選用相同的材料時(shí)，則應(yīng)采取不同的熱處理方式以使其具有不同的硬度。 3.3.4 提高導(dǎo)軌精度、剛度和耐磨性的措施3.3.4.1 合理選擇導(dǎo)軌的材料和熱處理(2) 鑄鐵導(dǎo)軌 鑄鐵具有低成本、良好的減振性和耐磨

55、性，易于鑄造和切削加工的特點(diǎn)。 導(dǎo)軌常用的鑄鐵有灰鑄鐵HT200、孕育鑄鐵HT300和耐磨鑄鐵。 鑄鐵導(dǎo)軌經(jīng)常采用高頻淬火、超音頻淬火、中頻淬火及電接觸自冷淬火等來提高表面硬度，表面淬火硬度一般為4555HRC左右，耐磨性可提高12倍。 3.3.4 提高導(dǎo)軌精度、剛度和耐磨性的措施3.3.4.1 合理選擇導(dǎo)軌的材料和熱處理(3) 鑲鋼導(dǎo)軌 淬火鋼的耐磨性比普通鑄鐵高5 10倍，鑲鋼導(dǎo)軌常采用材料有45、40Cr等，表面淬硬或全淬透，硬度達(dá)到5258HRC，或者采用20Cr、20CrMnTi等滲碳淬硬至5562HRC。鑲裝方法很多。國內(nèi)有的數(shù)控機(jī)床和加工中心采用鑲鋼導(dǎo)軌。鑲鋼導(dǎo)軌工藝復(fù)雜，加工較

56、困難、成本也較高，為便于熱處理和減小變形，可把鋼導(dǎo)軌分段，釘接在床身上。 3.3.4 提高導(dǎo)軌精度、剛度和耐磨性的措施3.3.4.1 合理選擇導(dǎo)軌的材料和熱處理(4) 有色金屬導(dǎo)軌 有色金屬鑲裝導(dǎo)軌耐磨性高，可以防止咬合磨損。材料主要有錫青銅、鋁青銅等。(5) 塑料導(dǎo)軌通過粘接或噴涂把塑料覆蓋在導(dǎo)軌面上。常用的塑料導(dǎo)軌有聚四氟乙烯(PTFE)導(dǎo)軌軟帶、環(huán)氧型耐磨導(dǎo)軌涂層、復(fù)合材料導(dǎo)軌板等。摩擦系數(shù)小，具有良好的防止爬行的性能；具有優(yōu)異的耐熱性；化學(xué)穩(wěn)定性極好。 3.3.4 提高導(dǎo)軌精度、剛度和耐磨性的措施3.3.4.2 導(dǎo)軌的預(yù)緊合理地將滾動(dòng)導(dǎo)軌預(yù)緊可以提高其承載能力、運(yùn)動(dòng)精度和剛度。3.3.4.3 導(dǎo)軌的潤滑和防護(hù)導(dǎo)軌的良好潤滑和可靠防護(hù)，可以降低摩擦力，減少磨損，降低溫度和防止生銹，延長壽命。3.3.4.4 導(dǎo)軌的磨損爭取無磨損、少磨損、均勻磨損，磨損后應(yīng)能補(bǔ)償磨損量磨損的原因：導(dǎo)軌結(jié)合面在一定壓強(qiáng)作用下直接接觸并相對(duì)運(yùn)動(dòng)而造成。爭取不磨損的條件：讓結(jié)合面在運(yùn)動(dòng)時(shí)不接觸。方法：保證完全的液體潤滑。