《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》PPT課件.ppt

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1、“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材,主 編：李慶余 孟廣耀 副主編：張 佳 董 鋒,機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì),主軸組件設(shè)計(jì),主軸組件由主軸及其支承軸承、傳動(dòng)件、定位元件等組成。 主軸組件是主運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行件，是機(jī)床重要的組成部分。它的功用是縮小主運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)誤差并將運(yùn)動(dòng)傳遞給工件或刀具進(jìn)行切削，形成表面成形運(yùn)動(dòng)；承受切削力和傳動(dòng)力等載荷。 主軸組件直接參與切削，其性能影響加工精度和生產(chǎn)率。因而是決定機(jī)床性能和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的重要因素。,主軸組件設(shè)計(jì),,1-1主軸組件應(yīng)滿(mǎn)足的基本要求 1旋轉(zhuǎn)精度 主軸的旋轉(zhuǎn)精度，是機(jī)床幾何精度的組成部分。旋轉(zhuǎn)精度是主軸組件裝配后，靜止或低速空載狀態(tài)下，刀具或工件安裝基面上的全跳動(dòng)值。

2、它取決于主軸、主軸的支承軸承、箱體孔等的制造精度，裝配和調(diào)整精度。,主軸組件設(shè)計(jì),,靜剛度（簡(jiǎn)稱(chēng)為剛度），是主軸組件在靜載荷作用下抵抗變形的能力，通常以主軸端部產(chǎn)生單位位移彈性變形時(shí)，位移方向上所施加的力表示。 當(dāng)外伸端受徑向作用力（N），受力方向上的彈性位移為（m）時(shí)，主軸的剛度為,主軸組件設(shè)計(jì),彈性位移是位移方向上的力、主軸組件結(jié)構(gòu)參數(shù)（如尺寸、支承跨矩、支承剛度等）的函數(shù)。為簡(jiǎn)化剛度計(jì)算，引入柔度（m/N），即剛度的倒數(shù)。,主軸組件剛度與主軸自身的剛度和支承軸承的剛度相關(guān)。主軸自身的剛度取決于主軸的慣性矩、主軸端部的懸伸量和支承跨距；支承軸承剛度由軸承的類(lèi)型、精度、安裝形式、預(yù)緊程度等

3、因素決定。,主軸組件設(shè)計(jì),3動(dòng)剛度 機(jī)床在額定載荷下切削時(shí)，主軸組件抵抗變形的能力，稱(chēng)為動(dòng)態(tài)剛度。 主軸組件的動(dòng)剛度直接影響加工精度和刀具的耐用度，是機(jī)床重要的性能指標(biāo)。但目前，抗振性的指標(biāo)尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)可在統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行確定。動(dòng)態(tài)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?？赏ㄟ^(guò)增加靜剛度、增加阻尼比來(lái)提高動(dòng)剛度。,,,主軸組件設(shè)計(jì),4溫升與熱變形 主軸組件工作時(shí)，軸承的摩擦形成熱源，切削熱和齒輪嚙合熱的傳遞，導(dǎo)致主軸部件溫度升高，產(chǎn)生熱變形。主軸熱變形可引起軸承間隙變化，軸心位置偏移，定位基面的形狀尺寸和位置產(chǎn)生變化；潤(rùn)滑油溫度升高后，粘度下降

4、，阻尼降低；因此主軸組件的熱變形，將嚴(yán)重影響加工精度。 室溫不是20C時(shí)，溫升Tt的許可值按下式計(jì)算,主軸組件設(shè)計(jì),5精度保持性 主軸組件的精度保持性是指長(zhǎng)期保持其原始制造精度的能力，主軸組件主要的失效形式是磨損，所以精度保持性又稱(chēng)為耐磨性。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(rùn)滑方式等有關(guān)。如普通機(jī)床主軸，一般采用45或60號(hào)優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼，主軸支承軸頸及裝卡刀具的定位基面，G5055HRC。,,,主軸組件設(shè)計(jì) 主軸滾動(dòng)軸承,1軸承的選擇 機(jī)床主軸最常用的軸承是滾動(dòng)

5、軸承。這是因?yàn)椋哼m度預(yù)緊后，滾動(dòng)軸承有足夠的剛度，有較高的旋轉(zhuǎn)精度，能滿(mǎn)足機(jī)床主軸的性能要求，能在轉(zhuǎn)速和載荷變化幅度很大的條件下穩(wěn)定工作；由專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)廠(chǎng)大批量生產(chǎn)，質(zhì)量穩(wěn)定，成本低，經(jīng)濟(jì)性好。特別是軸承行業(yè)針對(duì)機(jī)床主軸的工作性質(zhì)，研制生產(chǎn)了NN3000K、234400及Gamet（加梅）軸承，更使?jié)L動(dòng)軸承占穩(wěn)主軸軸承的主導(dǎo)地位；滾動(dòng)軸承容易潤(rùn)滑。,主軸組件設(shè)計(jì) 滾動(dòng)軸承,,,滾動(dòng)軸承與滑動(dòng)軸承相比，缺點(diǎn)為： 滾動(dòng)體的數(shù)量有限，因此滾動(dòng)軸承旋轉(zhuǎn)中的徑向剛度是變化的；滾動(dòng)軸承摩擦力大，摩擦系數(shù)為 ，阻尼比小， ；滾動(dòng)軸承的徑向尺寸較大。因此，在動(dòng)剛度性能高的臥式精密機(jī)床（如：外圓磨床

6、、臥軸平面磨床、精密車(chē)床）中，滑動(dòng)軸承仍有一定應(yīng)用領(lǐng)域。,主軸組件的抗振性主要取決于前軸承，因而，有的機(jī)床前支承采用滑動(dòng)軸承，后支承采用滾動(dòng)軸承。,,,,,主軸組件設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承,2主軸滾動(dòng)軸承的類(lèi)型選擇 機(jī)床主軸較粗，主軸軸承的直徑較大，軸承所承受的載荷遠(yuǎn)小于其額定動(dòng)載荷，約為1/10。 因此，一般情況下，承載能力和疲勞壽命不是選擇主軸軸承的主要依據(jù)。 主軸軸承，應(yīng)根據(jù)剛度、旋轉(zhuǎn)精度和極限轉(zhuǎn)速來(lái)選擇。,,,主軸組件設(shè)計(jì) 滾動(dòng)軸承,軸承的剛度與軸承的類(lèi)型有關(guān)，線(xiàn)接觸的滾子軸承比點(diǎn)接觸的球軸承剛度高，雙列軸承比單列的剛度高，且剛度是載荷的函數(shù)，適當(dāng)預(yù)緊不僅能提高旋轉(zhuǎn)精度，也能提高剛度。 軸承的

7、極限轉(zhuǎn)速與軸承滾動(dòng)體的形狀有關(guān)，同等尺寸的軸承，球軸承的極限轉(zhuǎn)速高于滾子軸承，圓柱滾子軸承的極限轉(zhuǎn)速高于圓錐滾子軸承；同一類(lèi)型的軸承，滾動(dòng)體的分布圓越小，滾動(dòng)體越小，極限轉(zhuǎn)速越高。,,,主軸組件設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承,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、推力角接觸球軸承、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。,,,,主軸組件設(shè)計(jì) 滾動(dòng)軸承,3軸承的精度選擇 軸承的精度，應(yīng)采用P2、P4、P5級(jí)和SP、UP級(jí)。SP、UP級(jí)軸承的旋轉(zhuǎn)精度相當(dāng)于P4、P2，內(nèi)外圈的尺寸精度比旋轉(zhuǎn)精度低一級(jí)，相當(dāng)于P5、

8、P4級(jí)。這是因?yàn)檩S承的工作精度主要取決于旋轉(zhuǎn)精度，主軸支承軸頸和箱體軸承孔可按一定配合要求配作，適當(dāng)降低軸承內(nèi)外圈的尺寸精度可降低成本。,,,,,,,,,主軸組件設(shè)計(jì) 滾動(dòng)軸承,切削力方向固定不變的主軸，如：車(chē)床、銑床、磨床等，通過(guò)滾動(dòng)體，始終間接地與切削力方向上的外圈滾道表面的一條線(xiàn)（線(xiàn)接觸軸承）或一點(diǎn)（球軸承）接觸，由于滾動(dòng)體是大批量生產(chǎn)，且直徑小，圓柱度誤差小，其圓度誤差可忽略，因此，決定主軸旋轉(zhuǎn)精度的是軸承的內(nèi)圈徑向圓跳動(dòng)，即內(nèi)圈滾道表面相對(duì)于軸承內(nèi)徑軸線(xiàn)的同軸度。,,,主軸組件設(shè)計(jì) 滾動(dòng)軸承,切削力方向隨主軸的旋轉(zhuǎn)同步變化的主軸，主軸支承軸頸的某一條線(xiàn)或點(diǎn)間接地跟半徑方向上的外圈滾道

9、表面對(duì)應(yīng)的線(xiàn)或點(diǎn)接觸，影響主軸旋轉(zhuǎn)精度的因素為軸承內(nèi)圈的徑向圓跳動(dòng)、滾動(dòng)體的圓度誤差、外圈的徑向圓跳動(dòng)。由于軸承內(nèi)圈滾道直徑小，且滾道外表面磨削精度高，因而誤差較小，主軸旋轉(zhuǎn)精度主要取決于外圈的徑向圓跳動(dòng)，即外圈滾道表面相對(duì)于軸承外徑軸線(xiàn)的同軸度；,主軸組件設(shè)計(jì) 滾動(dòng)軸承,,,,前軸承的精度對(duì)主軸的影響較大。故前軸承的精度應(yīng)比后軸承高一級(jí)。,主軸組件設(shè)計(jì) 滾動(dòng)軸承,主軸組件設(shè)計(jì) 滾動(dòng)軸承,切削力方向隨主軸旋轉(zhuǎn)而同步變化的主軸，軸承按外圈徑向圓跳動(dòng)選擇。 由于外徑尺寸較大，相同精度時(shí)誤差大，若保持徑向圓跳動(dòng)值不變，可按內(nèi)圈高一級(jí)的軸承精度選擇。,主軸組件設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承,4軸承剛度 軸承存在間隙

10、時(shí)，只有切削力方向上的少數(shù)幾個(gè)滾動(dòng)體承載，徑向承載能力和剛度極低；軸承零間隙時(shí)，在外載作用下，軸線(xiàn)沿方向移動(dòng)一距離，對(duì)應(yīng)的半圈滾動(dòng)體承載，處于外載作用線(xiàn)上的滾動(dòng)體受力最大，其載荷是滾動(dòng)體平均載荷的5倍，滾動(dòng)體的載荷隨著與外載作用線(xiàn)距離的增大而減??；軸承受軸向載荷時(shí)，各滾動(dòng)體承受的軸向力相等。滾動(dòng)體受力方向在接觸線(xiàn)上。,,,,,主軸組件設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承,軸承所承受的徑向力、軸向力分別為 、 ，單個(gè)滾動(dòng)體所承受的最大載荷 、 分別為,球軸承的鋼球直徑為 ，在外載作用下軸承的變形為,,,,主軸組件設(shè)計(jì) 滾動(dòng)軸承,,滾子軸承線(xiàn)接觸的長(zhǎng)度（滾子不包括兩端倒角寬度的長(zhǎng)度）為 ，在外載作用下的變形為,滾子軸承的

11、剛度為,,,,,,主軸組件設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承,,零間隙時(shí)球軸承的剛度為,,,,,,,,主軸組件設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承,,,計(jì)算軸承剛度時(shí)，若載荷無(wú)法確定，可取該軸承額定動(dòng)載荷的1/10代替外載。 線(xiàn)接觸軸承，載荷的0.1次冪與剛度成正比，對(duì)剛度的影響較小。計(jì)算剛度時(shí)，可忽略預(yù)緊載荷。點(diǎn)接觸軸承，載荷的1/3次冪與剛度成正比，預(yù)緊力對(duì)軸承剛度影響較大，計(jì)算剛度時(shí)應(yīng)考慮預(yù)緊力。有預(yù)緊力 時(shí)，徑向和軸向載荷分別是,,,,,,主軸組件設(shè)計(jì) 滾動(dòng)軸承,軸承承載后不受力一側(cè)的滾動(dòng)體仍能保持與滾道接觸。滾子包絡(luò)圓直徑與外圈滾道孔徑之差 510,,主軸組件設(shè)計(jì) 主軸,,,1主軸的結(jié)構(gòu)及材質(zhì)選擇 主軸的端部安裝夾具和刀具，

12、隨夾具和刀具的標(biāo)準(zhǔn)化，主軸端部已有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。 主軸為外伸梁，承受的載荷從前往后依次降低，故主軸常為階梯形。車(chē)床、銑床、加工中心等機(jī)床，為通過(guò)棒料或拉緊刀具，主軸為階梯形空心軸。,主軸組件設(shè)計(jì) 主軸,,,,,主軸的載荷相對(duì)較小，一般情況下，引起的應(yīng)力遠(yuǎn)小于鋼的屈服強(qiáng)度。因此，機(jī)械強(qiáng)度不是選擇主軸材料的依據(jù)。,當(dāng)主軸的直徑、支承跨距、懸伸量等尺寸參數(shù)一定時(shí)，主軸的慣性矩為定值；主軸的剛度取決于材料的彈性模量。但各種鋼材的彈性模量 幾乎沒(méi)什么差別。因此剛度也不是主軸選材的依據(jù)。,主軸組件設(shè)計(jì) 主軸,主軸的材料，只能根據(jù)耐磨性、熱處理方法及熱處理后的變形大小來(lái)選擇。耐磨性取決于硬度，故機(jī)床主

13、軸材料為淬火鋼或滲碳淬火鋼，高頻淬硬。 普通機(jī)床主軸，一般采用45或60號(hào)優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼，主軸支承軸頸及裝卡刀具的定位基面，高頻淬火，硬度為5055HRC； 精密機(jī)床主軸，可采用40Cr高頻淬硬或低碳合金鋼（如20Cr，16MnCr5）滲碳淬火，硬度不低于60HRC。 高精度機(jī)床主軸，可采用65Mn，淬硬5258HRC,主軸組件設(shè)計(jì)主軸圖,,,,,,,主軸組件設(shè)計(jì) 主軸精度,,,,,,主軸組件設(shè)計(jì) 主軸精度,,,,,,,定位基面的精度按機(jī)床精度標(biāo)準(zhǔn)選擇。 普通機(jī)床主軸，安裝齒輪等傳動(dòng)件的部位與兩支承軸頸軸心線(xiàn)的同軸度允差可取尺寸公差的一半。 轉(zhuǎn)速大于600r/min的主軸，非配合表面的表

14、面粗糙度值Ra1.6； 線(xiàn)速度的主軸，主軸組件應(yīng)做一級(jí)動(dòng)平衡。,主軸組件設(shè)計(jì) 主軸傳動(dòng),,,1傳動(dòng)方式 主軸上的傳動(dòng)方式， 主要有帶和齒輪傳動(dòng)。 帶傳動(dòng)是靠摩擦力傳遞動(dòng)力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，中心距調(diào)整方便；能抑制振動(dòng)，噪聲低，工作平穩(wěn)，特別適用于高速主軸。線(xiàn)速度小于30m/s時(shí)，可采用V帶傳動(dòng)；,主軸組件設(shè)計(jì) 主軸傳動(dòng),,多楔帶的線(xiàn)速度可大于30m/s，由于多楔帶是在繩芯結(jié)構(gòu)平帶的基礎(chǔ)下增加若干縱向V形楔的環(huán)形帶，具有平帶的柔軟，V帶摩擦力大的特點(diǎn)，承載機(jī)理仍是平帶，帶體薄，強(qiáng)度高，效率高，曲撓性能好，雖然線(xiàn)速度不甚高，但帶輪尺寸小，轉(zhuǎn)速可達(dá)6000r/min，是近年來(lái)發(fā)展較快的一種應(yīng)用廣泛的傳動(dòng)帶

15、，有取代普通V帶的趨勢(shì)；,主軸組件設(shè)計(jì) 主軸傳動(dòng),,,,,,,同步齒形帶是以玻璃纖維繩芯、鋼絲繩為強(qiáng)力層，外覆聚氨脂或氯丁橡膠的環(huán)形帶，帶的內(nèi)周有梯形齒，與齒形帶輪嚙合傳動(dòng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，線(xiàn)速度小于60m/s；高速環(huán)形平帶，用于帶速恒定的傳動(dòng)，絲織（天然絲、錦綸或滌綸絲）高速平帶線(xiàn)速度可達(dá)100m/s。,主軸組件設(shè)計(jì) 主軸傳動(dòng),,,,,,,,齒輪能傳遞較大的扭矩，結(jié)構(gòu)緊湊，尤其適合于變速傳動(dòng)。為降低噪聲，通常采用硬齒面、小模數(shù)齒輪，盡量降低齒輪的線(xiàn)速度；線(xiàn)速度小于15m/s時(shí)，采用精度為6級(jí)的齒輪，線(xiàn)速度大于15m/s時(shí)，則采用5級(jí)精度齒輪。,主軸組件設(shè)計(jì) 主軸傳動(dòng),,電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸，也是精

16、密機(jī)床、高速加工中心和數(shù)控車(chē)床常用的一種驅(qū)動(dòng)形式。如平面磨床的砂輪主軸，高速內(nèi)圓磨床的磨頭。轉(zhuǎn)速小于3000r/min的主軸，采用異步電動(dòng)機(jī)軸通過(guò)聯(lián)軸器直接驅(qū)動(dòng)主軸，機(jī)床可通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)實(shí)現(xiàn)變速；轉(zhuǎn)速小于8000r/min的主軸，可采用變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)；高速主軸，可將電動(dòng)機(jī)軸與主軸做成一體，即內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸，轉(zhuǎn)子軸就是主軸，恒速切削可采用中頻電動(dòng)機(jī)。,主軸組件設(shè)計(jì) 主軸傳動(dòng),,,,,,,,,,,2傳動(dòng)件的布置 為了皮帶更換方便，防止油類(lèi)的侵蝕，帶輪通常安裝在后支承的外側(cè)。 多數(shù)主軸采用齒輪傳動(dòng)。齒輪可位于兩支承之間，也可位于后支承外側(cè)。齒輪在兩支承之間時(shí)，應(yīng)盡量靠近前支承，若主

17、軸上有多個(gè)齒輪，則大齒輪靠近前支承。由于前支承直徑大，剛度高，大齒輪靠近前支承可減少主軸的彎曲變形，且扭矩傳遞長(zhǎng)度短，扭轉(zhuǎn)變形小。齒輪位于后支承外側(cè)，前后支承能獲得理想的支承跨距，支承剛度高；前后支承距離較小，加工方便，容易保證其同軸度；能夠?qū)崿F(xiàn)模塊化生產(chǎn)。,主軸組件設(shè)計(jì) 主軸傳動(dòng),,,,,,,,,,,為提高動(dòng)剛度，限制最大變形量，在齒輪外側(cè)增加輔助支承。輔助支承為徑向游隙較大的軸承，且不能預(yù)緊，以避免輔助支承同軸度誤差造成的影響。由于輔助支承存在間隙，因而當(dāng)主軸載荷較小、變形量小于間隙值時(shí)，輔助支承不起作用；只有載荷較大、主軸輔助支承部位的變形大于間隙值時(shí)，輔助支承才起作用。,主軸組件設(shè)計(jì)

18、主軸傳動(dòng),,3主軸軸向定位,前端定位 推力軸承安裝在前軸承內(nèi)側(cè)，前支承結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受力大，溫升高，主軸受熱膨脹向后伸長(zhǎng)，對(duì)主軸前端位置影響較小，故適用于軸向精度和剛度要求高的高精度機(jī)床和數(shù)控機(jī)床。,主軸組件設(shè)計(jì) 主軸傳動(dòng),,,,后端定位 前支承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)軸向力影響，溫升低；但主軸受熱膨脹向前伸長(zhǎng)，主軸前端軸向誤差大。適用于軸向精度要求不高的普通機(jī)床。 兩端定位 推力軸承安裝在前后兩支承內(nèi)側(cè)，前支承發(fā)熱較小,兩推力軸承之間的主軸受熱膨脹時(shí)會(huì)產(chǎn)生彎曲，即影響軸承的間隙，又使軸承處產(chǎn)生角位移，影響機(jī)床精度。這種定位適用于較短的主軸或軸向間隙變化不影響正常工作的機(jī)床，如鉆床、組合機(jī)床。,主軸組件設(shè)計(jì)

19、 主軸參數(shù),,,,1主軸前支承軸頸的確定 主軸前支承軸頸可按主傳動(dòng)功率選擇。 車(chē)床和銑床，主軸為階梯形， ，磨床主軸， 。,,主軸組件設(shè)計(jì) 主軸參數(shù),與實(shí)心主軸慣性矩的比值為,2主軸內(nèi)孔直徑的確定 許多機(jī)床都是空心主軸，由力學(xué)可知，外徑為 、內(nèi)徑為 的空心軸的慣性矩為,主軸組件設(shè)計(jì) 主軸參數(shù),從表中可看出，0.7，剛度衰減加快。 因此機(jī)床上規(guī)定0.7。,主軸組件設(shè)計(jì) 主軸參數(shù),,,3主軸前端部懸伸量的確定 主軸前端部懸伸量 是指主軸定位基面至前支承徑向支反力作用點(diǎn)之間的距離。 懸伸量 一般取決于主軸端部的結(jié)構(gòu)形式和尺寸、主軸軸承的布置形式及密封形式。 在滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)要求的前提

20、下，應(yīng)盡量減少懸伸量，提高主軸的剛度。初步確定時(shí)可取 。,主軸組件設(shè)計(jì) 主軸參數(shù),為縮短懸伸量，主軸前端部可采用短錐結(jié)構(gòu)；推力軸承放在前支承內(nèi)側(cè)，采用角接觸軸承取代徑向軸承，接觸線(xiàn)與主軸軸線(xiàn)的交點(diǎn)在前支承前面。 推力軸承和主軸傳動(dòng)件產(chǎn)生位置矛盾時(shí)，由于懸伸量對(duì)主軸剛度的影響大，應(yīng)首先考慮懸伸量，使傳動(dòng)件距前支承略遠(yuǎn)一些。,主軸組件設(shè)計(jì) 主軸參數(shù),4主軸支承跨距的確定 主軸組件的剛度主要取決于主軸的自身剛度和主軸的支承剛度。 主軸自身的剛度與支承跨距成反比，即在主軸軸頸、懸伸量等參數(shù)一定時(shí)，跨距越大，主軸端部變形越大； 主軸軸承彈性變形引起的主軸端部變形，則隨跨距的增大而減小，即跨距

21、越大，軸承剛度對(duì)主軸端部的影響越小。,主軸組件設(shè)計(jì) 主軸參數(shù),主軸組件設(shè)計(jì) 主軸參數(shù),主軸端部變形 為,,,,前后支承的變形量 、 分別為,主軸組件設(shè)計(jì) 主軸參數(shù),,,,剛性主軸彈性支承引起的主軸端部變形 為,,主軸端部的總撓度 為,,主軸組件設(shè)計(jì) 主軸參數(shù),,,主軸組件的柔度 為,柔度 的二階導(dǎo)數(shù)為,,柔度的二階導(dǎo)數(shù)大于零，因此，主軸組件存在最小柔度,主軸組件設(shè)計(jì) 主軸參數(shù),,,,當(dāng)柔度 一階導(dǎo)數(shù)等于零時(shí)，主軸組件剛度為最大值，這時(shí)的跨距 應(yīng)為最佳跨距 。即,整理后得,主軸組件設(shè)計(jì) 剛度校核,,5主軸組件的剛度校核 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，所有的結(jié)構(gòu)和尺寸參數(shù)已經(jīng)確定，由于主軸組件是機(jī)床最關(guān)鍵的部

22、件之一，因此必須校核計(jì)算主軸組件在計(jì)算轉(zhuǎn)速、額定載荷時(shí)的剛度或撓度。 主軸組件校核時(shí)支承點(diǎn)的確定，徑向軸承（深溝球軸承、圓柱滾子軸承或雙列圓柱滾子軸承）簡(jiǎn)化后的支承點(diǎn)在軸承寬度的中部。,,主軸組件設(shè)計(jì) 主軸參數(shù),,,,主軸組件設(shè)計(jì) 靜剛度校核,（1）對(duì)主軸組件靜剛度校核,,,,當(dāng)量直徑,主軸的 當(dāng)量 慣性矩,,主軸彈性變形 引起的軸端變形,,,主軸組件設(shè)計(jì) 靜剛度校核,由于 ， 相對(duì)較大，引起的軸端變形小，對(duì)主軸剛度的影響較輕，故初步校核計(jì)算時(shí)可忽略主軸懸伸部分變形而引起的端部變形。只有 的計(jì)算結(jié)果接近或大于要求值時(shí)，才詳細(xì)計(jì)算。,,將 替代 進(jìn)行計(jì)算。即主軸自身的剛度 為,主軸組件設(shè)計(jì)靜

23、剛度校核,軸承的彈性變形 引起的主軸端部的變形為,由于后軸承相對(duì)剛度較大，承受的負(fù)載相對(duì)較輕，故變形小，且對(duì)主軸端部的影響也小。初步校核剛度時(shí)，可忽略后軸承造成的影響。,主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核,,（2）對(duì)主軸組件動(dòng)剛度校核,當(dāng)切削力為交變力 ，為激振頻率，可以作為 的實(shí)部，因?yàn)?主軸組件在激振力方向上作彎曲振動(dòng)，振源在作用力延長(zhǎng)線(xiàn)與軸線(xiàn)的交點(diǎn)處。振動(dòng)方程為,,主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核,,,,,,通解 為,微分方程的特解 為,主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核,,,，稱(chēng)為頻率比。則,,主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核,動(dòng)柔度 為,動(dòng)柔度的模 （幅值） 為,主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核,動(dòng)柔度的相角 為,動(dòng)剛度

24、 的模為,主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核,動(dòng)剛度對(duì)頻率比取導(dǎo)數(shù)，且使一階導(dǎo)數(shù)等于零，得到動(dòng)剛度極值（或拐點(diǎn)）對(duì)應(yīng)的頻率比。即,整理得,,主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核,主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核,通過(guò)動(dòng)剛度的二階導(dǎo)數(shù)判斷頻率比為該值時(shí)的性質(zhì),由于 ,將 代入上式得,,主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核,所以， 時(shí)的動(dòng)剛度為最小值，最小動(dòng)剛度為,動(dòng)柔度實(shí)部為,為極值時(shí),,主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核,,所以， ， , 。,當(dāng)動(dòng)柔度實(shí)部 為極值， , 。 的二階導(dǎo)數(shù)為,主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核,時(shí)，,動(dòng)柔度的實(shí)部有最大值,時(shí)，,動(dòng)柔度的實(shí)部有最小值,,,主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核,切

25、削穩(wěn)定性計(jì)算,,,主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核,,,,,,切削穩(wěn)定的條件為,0,多次切削后，波紋振幅逐漸減小。穩(wěn)定切削的臨界值為,主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核,考慮到波紋振幅都是矢量，其比值按絕對(duì)值代入上式,,分子、分母的實(shí)部、虛部的絕對(duì)值分別相等,主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核,由于 的倒數(shù)不可能為零，等式右邊只能取負(fù)值時(shí)，則,當(dāng) 為最小值時(shí)，得到臨界切削寬度,,主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核,機(jī)床各方向的剛度不同，橫向變形對(duì)機(jī)床加工精度的影響最大，所以，一般計(jì)算徑向（橫向）切削力 方向上的剛度 。,,主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核,,,,,機(jī)床的最大切削力一定，刀具的主偏角 越小，徑向切削力越大，需要的橫向剛度

26、值 就越大，因而通常計(jì)算橫向切削（切槽或切斷）時(shí)的橫向剛度 。,,,主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核,主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核,,當(dāng)徑向力 作用于D點(diǎn)時(shí)，設(shè)CD段的慣性矩為I，主軸D點(diǎn)的彈性位移為,,,主軸端部的變形為,主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核,,,前后軸承產(chǎn)生的彈性變形對(duì)主軸端部的的影響是以前支承為主。為簡(jiǎn)化計(jì)算，可認(rèn)為軸承產(chǎn)生的變形主要是由前支承引起的，后支承的影響可忽略，即軸承產(chǎn)生的變形而引起的主軸端部變形為,主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核,,對(duì)許多機(jī)床計(jì)算分析和測(cè)試可知，主軸自身變形引起的端部變形約占主軸組件總變形的60%；支承引起的變形約占總變形的40%。即,主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核,,,,F作用

27、于D點(diǎn)時(shí)主軸組件剛度為,主軸組件設(shè)計(jì),,,6.提高主軸部件性能的措施 提高旋轉(zhuǎn)精度 在保證主軸制造精度，保證軸承精度的同時(shí)，采用定向誤差裝配法可進(jìn)一步提高主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度。 主軸組件裝配后，插入主軸錐孔的測(cè)量心軸的徑向圓跳動(dòng)值1，是主軸軸承的徑向圓跳動(dòng)量 、 引起的主軸端部的徑向圓跳動(dòng)值和主軸錐孔相對(duì)于前后支承軸頸的徑向圓跳動(dòng)量 的綜合反映。 、 、 都是矢量，因此這三項(xiàng)誤差按一定方向裝配，可使誤差相互抵消。,主軸組件設(shè)計(jì),,,,主軸組件設(shè)計(jì),,,,,提高剛度 除提高主軸自身剛度外,可采用以下措施：角接觸軸承為前支承時(shí)，接觸線(xiàn)與主軸軸線(xiàn)的交點(diǎn)應(yīng)位于軸承前面。 傳動(dòng)件應(yīng)位于后支承外側(cè)，且傳

28、動(dòng)力使主軸端部變形的方向，不能和切削力造成的主軸端部的變形方向相同，兩者的夾角應(yīng)大一些，最佳為180o，以部分補(bǔ)償切削力造成的變形；主軸為帶傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)采用卸荷式機(jī)構(gòu)，避免主軸承受傳動(dòng)帶拉力；齒輪也可采用卸荷式機(jī)構(gòu)。,主軸組件設(shè)計(jì),,,,,,,適當(dāng)增加一個(gè)支承內(nèi)的軸承數(shù)目，適度預(yù)緊，采用輔助支承以提高支承剛度。 提高動(dòng)剛度 除提高主軸組件的靜剛度，使固有頻率增高，避免共振外，可采用如下措施： 用圓錐液壓漲套取代螺紋等軸向定位件；徑向定位采用小錐度過(guò)盈配合或漸開(kāi)線(xiàn)花鍵；滑移齒輪采用漸開(kāi)線(xiàn)花鍵配合。 采用三支承主軸。,主軸組件設(shè)計(jì),,,,,,,,,,旋轉(zhuǎn)零件的非配合面全部進(jìn)行較精密的切削加工，

29、并作動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)。 設(shè)置消振裝置，增加阻尼?？稍谳^大的齒輪上切削出一個(gè)圓環(huán)槽，槽內(nèi)灌注鉛，主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鉛就會(huì)產(chǎn)生相對(duì)微量運(yùn)動(dòng)，消耗振動(dòng)能量，從而抑制振動(dòng)；如果是水平主軸，可,主軸組件設(shè)計(jì),,,,,,,,,采用動(dòng)壓滑動(dòng)軸承，提高軸承阻尼；圓錐滾子軸承的滾子大端有滑動(dòng)摩擦，阻尼比其他滾動(dòng)軸承高，因而在極限轉(zhuǎn)速許可的情況下，優(yōu)先采用圓錐滾子軸承；增加滾動(dòng)軸承的預(yù)緊力，也可增加軸承的阻尼。采用動(dòng)力油潤(rùn)滑軸承，控制溫升，減少熱變形。,支承件的設(shè)計(jì),,,,機(jī)床的支承件包括床身、立柱、橫梁、搖臂、箱體、底座、工作臺(tái)、升降臺(tái)等，它們相互連接構(gòu)成機(jī)床基礎(chǔ)，支承機(jī)床工作部件，并保證機(jī)床零部件的相對(duì)位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度

30、。因此，支承件決定了機(jī)床的動(dòng)態(tài)剛度，支承件設(shè)計(jì)是機(jī)床設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一。,支承件的設(shè)計(jì),,,一、支承件應(yīng)滿(mǎn)足的基本要求 1）支承件應(yīng)有足夠的靜剛度和較高的固有頻率。支承件的靜剛度包括整體剛度、局部剛度和接觸剛度。如臥式車(chē)床床身，載荷通過(guò)支承導(dǎo)軌面施加到床身上，使床身產(chǎn)生整體彎曲扭轉(zhuǎn)變形，且使導(dǎo)軌產(chǎn)生局部變形和導(dǎo)軌面產(chǎn)生接觸變形。,支承件的設(shè)計(jì),支承件的整體剛度又稱(chēng)為自身剛度，與支承件的材料以及截面形狀、尺寸等影響慣性矩的參數(shù)有關(guān)。局部剛度是指支承件載荷集中的局部結(jié)構(gòu)處抵抗變形的能力；如床身導(dǎo)軌的剛度，主軸箱在主軸軸承孔處附近部位的剛度，搖臂鉆床的搖臂在靠近立柱處的剛度以及底座安裝立柱部位的剛

31、度等。,支承件的設(shè)計(jì),,,接觸剛度是指支承件的結(jié)合面在外載作用下抵抗接觸變形的能力，接觸剛度用結(jié)合面的平均壓強(qiáng)p（MPa）與變形量（m）之比表示。由于結(jié)合面在加工中存在平面度誤差和表面精度誤差，當(dāng)接觸壓強(qiáng)很小時(shí)，結(jié)合面只有幾個(gè)高點(diǎn)接觸，實(shí)際接觸面積很小，接觸變形大，接觸剛度低；接觸壓強(qiáng)較大時(shí)，結(jié)合面上的高點(diǎn)產(chǎn)生變形，接觸面積擴(kuò)大，變形量的增加比率小于接觸壓強(qiáng)的增加，因而接觸剛度較高，即接觸剛度是壓強(qiáng)的函數(shù)，隨接觸壓強(qiáng)的增加而增大。,支承件的設(shè)計(jì),,,,,接觸剛度還與結(jié)合面的結(jié)合形式有關(guān)，活動(dòng)接觸面（結(jié)合面間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)）的接觸剛度小于等接觸面積固定接觸面（結(jié)合面間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)）的接觸剛度。由此可知

32、，接觸剛度取決于結(jié)合面的表面粗糙度和平面度、結(jié)合面的大小、材料硬度、接觸面的壓強(qiáng)等因素。,支承件的設(shè)計(jì),,,,,支承件的固有頻率是剛度與質(zhì)量比值的平方根，即 ，固有頻率的單位為 ；當(dāng)激振力（斷續(xù)切削力、旋轉(zhuǎn)零件的離心力等）的頻率接近固有頻率時(shí)，支承件將產(chǎn)生共振。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使固有頻率高于激振頻率30%，即 。由于激振力多為低頻，故支承件應(yīng)有較高的固有頻率。在滿(mǎn)足剛度的前提下，應(yīng)盡量減小支承件質(zhì)量。另外，支承件的質(zhì)量往往占機(jī)床總質(zhì)量的80%以上，固有頻率在很大程度上反映了支承件的設(shè)計(jì)合理性。,支承件的設(shè)計(jì),,,,2）良好的動(dòng)態(tài)特性。支承件應(yīng)有較高靜剛度、固有頻率，使整機(jī)的各階固有頻率遠(yuǎn)離激振頻

33、率，在切削過(guò)程中不產(chǎn)生共振；支承件還必須有較大的阻尼，以抑制振動(dòng)的振幅；薄壁面積應(yīng)小于400mm400mm，避免薄壁振動(dòng)； 3）支承件應(yīng)結(jié)構(gòu)合理，成形后進(jìn)行時(shí)效處理，充分消除內(nèi)應(yīng)力，形狀穩(wěn)定，熱變形小，受熱變形后對(duì)加工精度的影響較小。 4）支承件應(yīng)排屑暢通；工藝性好，易于制造，成本低；吊運(yùn)安裝方便。,支承件的受力分析,支承件的靜力分析是支承件設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié)。通過(guò)受力分析，找出影響支承件剛度的最大因素；根據(jù)分析計(jì)算，相關(guān)技術(shù)資料，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 支承件的功能是支承和承載。因而支承件承受多個(gè)載荷，如切削力，所支承零部件的重力、傳動(dòng)力等。 按照各載荷對(duì)機(jī)床支承件的不同影響，將機(jī)床分為中小型機(jī)

34、床、精密和高精度機(jī)床、大型機(jī)床。,支承件的受力分析,中小型機(jī)床 該類(lèi)機(jī)床的載荷以切削力為主。工件的重量、移動(dòng)部件（如中小型臥式車(chē)床的刀架）的重量等相對(duì)較小，支承件在受力分析時(shí)可忽略不計(jì)。 精密和高精度機(jī)床 該類(lèi)機(jī)床的工藝特性是精加工，切削力小，支承件在受力分析時(shí)可忽略。載荷以移動(dòng)部件的重量和熱應(yīng)力為主。如雙柱立式坐標(biāo)鏜床的橫梁，受力分析時(shí)，主要考慮主軸箱在橫梁中部時(shí)，引起的橫梁彎曲和扭轉(zhuǎn)變形。,支承件的受力分析,大型機(jī)床 該類(lèi)機(jī)床加工的工件大而重，切削力大，移動(dòng)部件的質(zhì)量也較大，因而支承件受力分析時(shí)，工件重量、移動(dòng)部件重量和切削力都要考慮。如重型車(chē)床、落地式車(chē)床、落地式鏜銑床、龍門(mén)式銑刨床等

35、。,支承件的受力分析,,,靜力分析時(shí)，通常將截面尺寸遠(yuǎn)小于長(zhǎng)度或高度的支承件簡(jiǎn)化為梁或柱； 將截面尺寸遠(yuǎn)大于高度或長(zhǎng)度的支承件簡(jiǎn)化為板； 將截面尺寸與長(zhǎng)度或高度為同一尺寸數(shù)量級(jí)的支承件視為箱體。,支承件的受力分析,,,,,,支承件的受力分析,車(chē)刀位于床身中部，橫向切削，載荷為主切削力 、徑向切削力 ；床身扭轉(zhuǎn)中心為O。 使床身在方向 產(chǎn)生彎曲變形，變形量為 ； 使床身在方向上 產(chǎn)生彎曲變形，變形量為 .,、 產(chǎn)生繞z軸的扭轉(zhuǎn)力矩為 ：,使床身扭轉(zhuǎn)變形，扭轉(zhuǎn)角為 。,支承件的受力分析,,,,,,,,,支承件的受力分析,床身的橫向彎曲變形量就是工件的半徑誤差，即,床身的縱向彎曲變形量引起的工件

36、半徑誤差為,,對(duì)工件精度的影響較小,支承件的受力分析,床身的扭轉(zhuǎn)變形引起的工件半徑誤差為,,支承件的受力分析,,,,,,,,,車(chē)床床身彎扭變形引起的工件半徑誤差為,。,支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),,,,,,,,,,,,,,支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),,,,,,,,,支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),,,,,,,,1.空心截面比實(shí)心截面的慣性矩大；加大輪廓尺寸，減少壁厚，可提高支承件的剛度；設(shè)計(jì)時(shí)在滿(mǎn)足工藝要求的前提下，應(yīng)盡量減小壁厚。 2.方形截面的抗彎剛度比圓形截面的抗彎剛度大，而抗扭剛度比圓形截面的抗扭剛度低；矩形截面在高度方向上的抗彎剛度比方形截面的抗彎剛度大，而寬度方向上的抗彎剛度和抗扭剛度比方形截面的抗彎剛度和抗扭剛

37、度小。,支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),因此，承受一個(gè)方向彎矩為主的支承件，其截面形狀應(yīng)為矩形，高度方向應(yīng)為受彎方向；承受彎扭組合作用的支承件，截面形狀應(yīng)為方形；承受純扭矩的支承件，其截面形狀應(yīng)為圓環(huán)形。 3.不封閉截面的剛度遠(yuǎn)小于封閉的截面剛度，其抗扭剛度下降更大；因此，在可能的情況下，應(yīng)盡量把支承件做成封閉形狀。截面不能封閉的支承件應(yīng)采取補(bǔ)償剛度的措施。,支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),隔板和加強(qiáng)肋 連接外壁之間的內(nèi)壁稱(chēng)為隔板，又稱(chēng)為肋板。隔板的作用是將局部載荷傳遞給其他壁板，從而使整個(gè)支承件能比較均勻地承受載荷。因此，支承件不能采用全封閉截面時(shí)，應(yīng)采用隔板等措施加強(qiáng)支承件的剛度。,提高支承件靜剛度的措施,,縱向

38、隔板能提高抗彎剛度。當(dāng)縱向隔板的高度方向與 相同時(shí)，增加的慣性矩為 ；當(dāng)縱向隔板的高度方向與 垂直時(shí)，增加的慣性矩為 ，由于 ，所以縱向隔板的高度方向應(yīng)垂直于彎曲面的中性層。,提高支承件靜剛度的措施,,,橫向隔板能提高抗扭剛度。方框形截面（ ）懸臂梁（ ）無(wú)橫向隔板時(shí)的相對(duì)抗扭剛度為1；當(dāng)增加端面橫向隔板1時(shí)，抗扭剛度提高3倍；均勻布置三條橫向隔板后，即抗扭剛度提高7倍。一般情況下，橫向隔板的間距 。,提高支承件靜剛度的措施,,可將斜向隔板視為折線(xiàn)式或波浪形的縱向隔板，隔板和前后壁每連接一次，形成一個(gè)橫隔板，即斜隔板是由多個(gè)橫隔板和縱隔板的連續(xù)組合而形成的。因此可提高抗彎和抗扭剛

39、度。,較長(zhǎng)的支承件常采用這種隔板。,提高支承件靜剛度的措施,加強(qiáng)肋又稱(chēng)為肋條。一般配置在外壁內(nèi)側(cè)或內(nèi)壁上。其主要用途是加強(qiáng)局部剛度和減少薄壁振動(dòng)。,提高支承件靜剛度的措施,當(dāng)量尺寸C由下式確定,隔板的厚度可取(0.81)t； 加強(qiáng)肋的厚度可取(0.70.8)t 。,提高支承件靜剛度的措施,提高支承件靜剛度的措施,提高支承件靜剛度的措施,,,,,,,提高支承件靜剛度的措施,,,,,,,提高支承件靜剛度的措施,在彎曲平面垂直的壁上開(kāi)孔，抗彎剛度損失大于在彎曲平面平行的壁上開(kāi)孔的抗彎剛度損失； 在立柱或梁上開(kāi)孔，抗扭剛度的損失比抗彎剛度的損失大。 對(duì)于矩形截面的抗扭剛度，在較窄的壁上開(kāi)孔，對(duì)剛度

40、的影響比在較寬的壁上開(kāi)孔的影響大。,提高支承件靜剛度的措施,,,,,在孔周邊翻邊，可增加局部剛度，翻邊直徑與孔徑之比 2，壁厚與翻邊高度的比值 2時(shí)，剛度增加較大。,為彌補(bǔ)開(kāi)孔后的剛度損失，可在孔上加蓋板，用螺栓將蓋板固定在壁上，也可將孔的周邊加厚（翻邊）。 在翻邊的基礎(chǔ)上，加嵌入式蓋板，補(bǔ)償效果最佳。,提高支承件靜剛度的措施,一般情況下，立柱或梁外壁上開(kāi)孔的尺寸應(yīng)小于該方向尺寸的20%；如開(kāi)孔尺寸不大于該方向尺寸的10%，則孔的存在對(duì)剛度的影響較小，故不需進(jìn)行剛度補(bǔ)償。,提高支承件靜剛度的措施,相對(duì)滑動(dòng)的連接面和重要的固定結(jié)合面須進(jìn)行精磨或配對(duì)刮研，以增加真實(shí)的接觸面積，提高其接觸剛度。固

41、定結(jié)合面精磨時(shí)， ；配刮削時(shí)，在25.4mm25.4mm平面內(nèi)，高精度機(jī)床均布的刮研點(diǎn)數(shù)不少于12點(diǎn)，精密機(jī)床為8點(diǎn)，普通機(jī)床應(yīng)不少于6點(diǎn)。,,,提高接觸剛度,提高支承件靜剛度的措施,緊固螺栓應(yīng)使結(jié)合面有不小于2MPa的接觸壓強(qiáng)，以消除結(jié)合面的平面度誤差，增大真實(shí)的結(jié)合面積，提高結(jié)合剛度。結(jié)合面承受彎矩時(shí)，應(yīng)使較多的緊固螺栓布置在受拉一側(cè)，承受拉應(yīng)力；結(jié)合面承受扭矩時(shí)，螺栓應(yīng)遠(yuǎn)離扭轉(zhuǎn)中心，均勻地分布于四周。,提高支承件靜剛度的措施,支承件的連接凸緣可采用加強(qiáng)肋增加局部剛度,支承件的材料,一般支承件用灰鑄鐵制成，在鑄鐵中加入少量合金元素如鉻、硅、稀土元素等可提高其耐磨性。鑄鐵鑄造性能好，容易得

42、到復(fù)雜的形狀，且阻尼大，有良好的抗振性能，阻尼比。鑄件因壁厚不勻?qū)е略诶鋮s過(guò)程中產(chǎn)生鑄造應(yīng)力，所以鑄造后必須進(jìn)行時(shí)效處理，并盡量采用自然時(shí)效。,支承件的材料,自然時(shí)效是將鑄件放在露天，任其日曬雨淋，少則1年多則35年；精密機(jī)床支承件，除粗加工前進(jìn)行自然時(shí)效外，粗加工后應(yīng)進(jìn)行人工時(shí)效處理，充分消除鑄造應(yīng)力。 人工時(shí)效是將工件放在200以下的退火爐中，以6080/h的加熱速度緩慢加溫到530550，鑄件壁厚20mm時(shí)保溫4h，壁厚每增加25mm保溫時(shí)間增加2 h，然后以30/h的冷卻速度爐冷至200以下出爐。,支承件的材料,梁類(lèi)支承件如床身、立柱、橫梁等，也可利用共振原理進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效，消除內(nèi)應(yīng)力

43、。 振動(dòng)時(shí)效時(shí)，支承件放在彈性支承（如廢輪胎）上，激振器安裝在支承件中部。激振器的頻率為一次橫向彎曲振動(dòng)的共振頻率。激振器可視為質(zhì)量偏心的、偏心矩可調(diào)的無(wú)級(jí)變速電動(dòng)機(jī)。這種方法時(shí)效時(shí)間短；較人工時(shí)效節(jié)能。缺點(diǎn)是按照一次彎曲共振頻率時(shí)效，中間部分振幅大，消除應(yīng)力效果好，兩端振幅小，效果較差。,支承件的材料,鑲裝導(dǎo)軌的支承件，如床身、立柱、橫梁、底座、工作臺(tái)等，常用的灰鑄鐵牌號(hào)為HT150；與導(dǎo)軌制作在一起的支承件，常采用HT200；齒輪箱體常采用HT250；主軸箱箱體常采用HT300、HT350。,支承件的材料,,,,用鋼板和型鋼焊接支承件，制造周期短，不用制作木模，特別適合于生產(chǎn)數(shù)量少、品種

44、多的大中型機(jī)床床身的制造。鋼的彈性模量 ，鑄鐵的彈性模量 ，鋼的彈性模量約為鑄鐵的1.7倍，所以鋼板焊接床身的抗彎剛度約為鑄鐵床身的1.45倍。 剛度要求相同時(shí)，鋼板焊接床身的壁厚比鑄鐵床身減少1/2，質(zhì)量減小20%30%。,支承件的材料,焊接床身可做成封閉的結(jié)構(gòu)。鋼板焊接床身的缺點(diǎn)是阻尼約為鑄鐵的1/3，抗振性能差。為提高其抗振性能，可采用阻尼焊接結(jié)構(gòu)或在空腔內(nèi)充入混凝土等措施。,,支承件的材料,預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土主要制作不常移動(dòng)的大型機(jī)床的床身、底座、立柱等支承件。鋼筋的配置和預(yù)應(yīng)力的大小對(duì)鋼筋混凝土的影響較大。當(dāng)三個(gè)坐標(biāo)方向都設(shè)置鋼筋，且預(yù)應(yīng)力皆為12

45、0150kN時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土支承件的剛度比鑄鐵高幾倍，且阻尼比鑄鐵大，抗振性能優(yōu)于鑄鐵；制造工藝簡(jiǎn)單，成本低。,支承件的材料,,,,,,,,預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土缺點(diǎn)是：脆性大，耐腐蝕性差，油滲入后會(huì)導(dǎo)致材質(zhì)疏松，所以表面應(yīng)進(jìn)行噴漆或噴涂塑料，或?qū)摻罨炷林苓呌媒饘侔甯采w，金屬板間焊接封閉結(jié)構(gòu)。支承件的連接，可采用預(yù)埋加工后的金屬件，或二次澆注。,支承件的材料,,,,,樹(shù)脂混凝土 樹(shù)脂混凝土是制造機(jī)床床身的新型材料，又稱(chēng)為人造花崗巖。 之所以稱(chēng)為樹(shù)脂混凝土，是因?yàn)橐詷?shù)脂和稀釋劑代替混凝土中的水泥和水，與各種尺寸規(guī)格的花崗巖塊或大理石塊等骨料均勻混合、搗實(shí)固化而形成的。 樹(shù)脂為粘接劑，相當(dāng)

46、于水泥，常用不飽和聚酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂等合成樹(shù)脂。,支承件的材料,稀釋劑的作用是降低樹(shù)脂粘度，澆注時(shí)有較好的滲透力，防止固化時(shí)產(chǎn)生氣泡。有時(shí)還要加入固化劑，改變樹(shù)脂分子鏈結(jié)構(gòu)，使原有的線(xiàn)型或支鏈型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成體型分子鏈結(jié)構(gòu)，有時(shí)還要加入增韌劑，提高樹(shù)脂混凝土的抗沖擊性能和抗彎強(qiáng)度。,支承件的材料,,支承件的材料,樹(shù)脂混凝土的阻尼比為灰鑄鐵的810倍，因而抗振性能好；對(duì)切削液、潤(rùn)滑劑等有極好的耐腐蝕性；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，減少金屬加工量；生產(chǎn)周期短，澆注時(shí)無(wú)大氣污染，澆注出的床身靜剛度比鑄鐵床身的靜剛度高16%40%。,支承件的材料,,樹(shù)脂混凝土的缺點(diǎn)是某些

47、力學(xué)性能，如抗拉強(qiáng)度較低。它可用增加預(yù)應(yīng)力鋼筋或加強(qiáng)纖維來(lái)提高抗彎剛度； 用鋼板焊接出支承件的周邊框架，在空腔中充入樹(shù)脂混凝土而形成的結(jié)構(gòu)，適合于大中型機(jī)床結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的支承件。,提高支承件動(dòng)剛度,,,機(jī)床存在許多運(yùn)動(dòng)接觸面和固定接觸面，這些接觸面的接觸剛度和接觸面的阻尼比是不同的；結(jié)構(gòu)在不同的方向具有不同的剛度，因而機(jī)床存在許多固有頻率和主振型。 常見(jiàn)的振動(dòng)有： 整機(jī)搖晃振動(dòng)； 結(jié)合面間的相對(duì)振動(dòng)和零部件的本體振動(dòng)。,提高支承件動(dòng)剛度,,,,,整機(jī)搖晃振動(dòng)是機(jī)床整體在地基支承上的振動(dòng)。搖晃振動(dòng)時(shí)，機(jī)床上各點(diǎn)振幅沿高度和長(zhǎng)度方向呈線(xiàn)性分布。垂直于寬度方向平面內(nèi)的搖晃，共振頻率最低。整機(jī)搖

48、晃動(dòng)剛度主要取決于支承件連接部位和基礎(chǔ)的剛度與阻尼。共振頻率為1530Hz，阻尼比 。,提高支承件動(dòng)剛度,,結(jié)合面處部件間的相對(duì)振動(dòng)是指整個(gè)部件作為一個(gè)剛體在結(jié)合面處相對(duì)于另一部件的直線(xiàn)振動(dòng)或扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。對(duì)于移動(dòng)結(jié)合面，共振頻率較低（40100Hz），阻尼比 ；對(duì)于固定結(jié)合面，共振頻率為80150Hz，高于移動(dòng)結(jié)合面；而阻尼比 ，則比移動(dòng)結(jié)合面低。,提高支承件動(dòng)剛度,,機(jī)床零部件的本體振動(dòng)，如主軸組件的彎曲振動(dòng)、傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)、支承件的彎曲振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)等；床身的一次水平彎曲振動(dòng)，主振系統(tǒng)是床身，共振頻率為80140Hz，振動(dòng)的特點(diǎn)是：各點(diǎn)的振動(dòng)方向一致，同一橫截面上的上下各點(diǎn)的

49、振幅相差不大，越接近長(zhǎng)度方向（z軸），中部振幅越大；床身的一次扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，共振頻率為30120Hz，其振動(dòng)的特點(diǎn)是：兩端振動(dòng)方向相反，振幅為兩端大中間??；床身二次水平彎曲振動(dòng)，共振頻率為90150Hz。,提高支承件動(dòng)剛度,各種振動(dòng)對(duì)加工精度的影響并不相同。 對(duì)車(chē)床來(lái)講，整機(jī)搖晃振動(dòng)引起刀具和工件的相對(duì)振動(dòng)較小，只要刀架、溜板箱、主軸箱中沒(méi)有與整機(jī)搖晃振動(dòng)相同固有頻率的零件，其危害就不大。 一次水平彎曲，引起工件與刀具之間的相對(duì)振動(dòng)，該振動(dòng)直接影響加工精度。 床身的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，也在刀具和工件之間引起有害的振動(dòng)，且影響是線(xiàn)性的，使加工件留下振紋。 扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和一次彎曲振動(dòng)頻率低，易在主軸范圍內(nèi)多

50、刃切削時(shí)形成共振，危害較大。,提高支承件動(dòng)剛度,,,主軸組件的動(dòng)剛度為,將支承件振動(dòng)系統(tǒng)的阻尼比(振動(dòng)系統(tǒng)的阻尼由結(jié)合面的摩擦阻尼和材料的內(nèi)摩擦阻尼組成，通常結(jié)合面的阻尼占主要地位)取代主軸軸承的阻尼比，上式就成為支承件的動(dòng)剛度；利用導(dǎo)數(shù)性質(zhì)，可求出動(dòng)剛度相對(duì)于頻率比的極值，即共振時(shí)的動(dòng)剛度,,提高支承件動(dòng)剛度,,,共振時(shí),為便于對(duì)機(jī)床支承件動(dòng)剛度進(jìn)行分析比較，一般以共振時(shí)的動(dòng)剛度作為支承件的動(dòng)剛度。,提高支承件動(dòng)剛度,,,提高靜剛度和固有頻率 在不增加支承件質(zhì)量的前提下，合理地選擇支承件的截面形狀，合理地布置隔板和加強(qiáng)肋，是提高靜剛度和固有頻率的簡(jiǎn)單而有效的方法。,提高支承件動(dòng)剛度,,,,

51、,,,,增加阻尼 對(duì)于鑄鐵支承 件，可保留型芯， 采用封砂結(jié)構(gòu)。普 通臥式車(chē)床床身可 采用雙壁支承導(dǎo)軌， 型芯安裝在鐵板上 （鐵板為床身外壁 的一部分）。該鐵 板固定在型腔中，并與床身外壁澆注在一起形成局部的封砂結(jié)構(gòu)。,提高支承件動(dòng)剛度,,,,,,提高支承件動(dòng)剛度,,,,,提高支承件動(dòng)剛度,提高支承件動(dòng)剛度,增加結(jié)合面阻尼的焊接結(jié)構(gòu)，它是通過(guò)預(yù)加載荷使焊接部位寬度為B的平面緊密接觸，振動(dòng)時(shí)具有一定接觸應(yīng)力的平面相對(duì)微小滑移，利用材料結(jié)合面的摩擦阻尼提高抗振性能。 焊接結(jié)構(gòu)和鑄件，都可在空腔內(nèi)充注水泥或高阻尼材料，可進(jìn)一步提高阻尼比。,提高支承件動(dòng)剛度,支承件外表面可刷涂高阻尼材料如瀝青基膠

52、泥減振劑、高分子聚合物、機(jī)床膩?zhàn)拥?。涂層厚度越大，阻尼越大。這是在不改變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和剛度又提高阻尼的方法，阻尼比可達(dá) 。,可采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土、樹(shù)脂混凝土等高阻尼材料作支承件；,提高支承件動(dòng)剛度,導(dǎo) 軌 設(shè) 計(jì),導(dǎo)軌的功用是支承并引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件沿一定的軌跡運(yùn)動(dòng)。它承受其支承的運(yùn)動(dòng)部件和工件（或刀具）的質(zhì)量及切削力。 導(dǎo)軌按運(yùn)動(dòng)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。 主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌副之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較高，主要用于立車(chē)花盤(pán)，龍門(mén)銑刨床、普通刨插床以及拉床、插齒機(jī)等的主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌；,導(dǎo) 軌 設(shè) 計(jì),進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌副之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較低，機(jī)床中大多數(shù)導(dǎo)軌屬于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。移置導(dǎo)軌的功能是調(diào)整部

53、件之間的相對(duì)位置，在機(jī)床工作中沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，如臥式車(chē)床的尾座導(dǎo)軌等。 導(dǎo)軌按摩擦性質(zhì)可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌。 滑動(dòng)導(dǎo)軌又細(xì)分為靜壓滑動(dòng)導(dǎo)軌、動(dòng)壓滑動(dòng)導(dǎo)軌和普通滑動(dòng)導(dǎo)軌。,導(dǎo) 軌 設(shè) 計(jì),靜壓導(dǎo)軌是液體摩擦，導(dǎo)軌副之間有一層壓力油膜，多用于高精度機(jī)床進(jìn)給導(dǎo)軌。 動(dòng)壓導(dǎo)軌也是液體摩擦，與靜壓導(dǎo)軌的區(qū)別僅在于油膜的形成不同，靜壓導(dǎo)軌靠液壓系統(tǒng)提供壓力油膜；動(dòng)壓導(dǎo)軌利用滑移速度帶動(dòng)潤(rùn)滑油從大間隙處向狹窄處流動(dòng)，形成動(dòng)壓油膜；因而動(dòng)壓導(dǎo)軌適用于運(yùn)動(dòng)速度較高的主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。,導(dǎo) 軌 設(shè) 計(jì),普通滑動(dòng)導(dǎo)軌為混合摩擦，導(dǎo)軌間有一定動(dòng)壓效應(yīng)，但由于速度較低，油楔不能隔開(kāi)導(dǎo)軌面，導(dǎo)軌面仍處于直接接觸狀態(tài)。機(jī)

54、床中大多數(shù)導(dǎo)軌屬于混合摩擦。 滾動(dòng)導(dǎo)軌在導(dǎo)軌面間裝有滾動(dòng)元件（絕大多數(shù)為鋼球），因而是滾動(dòng)摩擦，廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床和精密、高精度機(jī)床中。,按受力狀態(tài)可分 為開(kāi)式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo) 軌。開(kāi)式導(dǎo)軌利用部 件質(zhì)量和載荷，使導(dǎo) 軌副在全長(zhǎng)上始終保 持接觸；開(kāi)式導(dǎo)軌不 能承受較大的傾覆力 矩，適用于大型機(jī)床的水平導(dǎo)軌。 當(dāng)傾覆力矩較大時(shí)，為保持導(dǎo)軌副始終接觸，需增加輔助導(dǎo)軌副（由壓塊和床身導(dǎo)軌的下底面a組成），從而形成閉式導(dǎo)軌。,導(dǎo) 軌 設(shè) 計(jì),,,,導(dǎo) 軌 設(shè) 計(jì),導(dǎo)軌應(yīng)滿(mǎn)足如下要求： 1.導(dǎo)向精度 導(dǎo)向精度主要是指導(dǎo)軌副相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的直線(xiàn)度（直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌）或圓度（圓周運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌）。影響導(dǎo)向精度的因素很

55、多，如導(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； 對(duì)于動(dòng)壓導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌，還與油膜剛度有關(guān)。,導(dǎo) 軌 設(shè) 計(jì),2精度保持性 精度保持性是導(dǎo)軌設(shè)計(jì)制造的關(guān)鍵，也是衡量機(jī)床優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。 影響精度保持性的主要因素是磨損，即導(dǎo)軌的耐磨性。 常見(jiàn)的磨損形式有：磨料（或磨粒）磨損、粘著磨損（或咬焊）和疲勞磨損。,導(dǎo) 軌 設(shè) 計(jì),磨料磨損常發(fā)生在邊界摩擦和混合摩擦狀態(tài)，磨粒夾在導(dǎo)軌面間隨之相對(duì)運(yùn)動(dòng)，形成對(duì)導(dǎo)軌表面的“切削”，使導(dǎo)軌面劃傷。 磨料的來(lái)源是潤(rùn)滑油中的雜質(zhì)和切屑微粒。磨料的硬度越高，相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度越高，壓強(qiáng)越大，對(duì)導(dǎo)軌副的危害就越大。 磨料磨

56、損是不可避免的，因而減少磨料磨損是導(dǎo)軌保護(hù)的重點(diǎn)。,導(dǎo) 軌 設(shè) 計(jì),粘著磨損又稱(chēng)為分子機(jī)械磨損。在載荷作用下，實(shí)際接觸點(diǎn)上的接觸應(yīng)力很大，以致產(chǎn)生塑性變形，形成小平面接觸，在沒(méi)有油膜的情況下，裸露的金屬材料分子之間的相互吸引和滲透，將使接觸面形成粘結(jié)而發(fā)生咬焊。當(dāng)存在薄而不勻的油膜時(shí)，導(dǎo)軌副相對(duì)運(yùn)動(dòng)，油膜就會(huì)被壓碎破裂，造成新生表面直接接觸，產(chǎn)生咬焊粘著。導(dǎo)軌副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使摩擦面形成粘結(jié)咬焊、撕脫、再粘著的循環(huán)過(guò)程。,導(dǎo) 軌 設(shè) 計(jì),粘著磨損與潤(rùn)滑狀態(tài)有關(guān)，干摩擦和半干摩擦狀態(tài)時(shí)，極易產(chǎn)生粘著磨損。 機(jī)床導(dǎo)軌應(yīng)避免粘著磨損。 接觸疲勞磨損發(fā)生在滾動(dòng)導(dǎo)軌中。滾動(dòng)導(dǎo)軌在反復(fù)接觸應(yīng)力的作用下，材

57、料表層疲勞，產(chǎn)生點(diǎn)蝕。 同樣接觸疲勞磨損也是不可避免的，它是滾動(dòng)導(dǎo)軌、滾珠絲杠的主要失效形式。,導(dǎo) 軌 設(shè) 計(jì),3剛度 導(dǎo)軌承載后的變形，影響部件之間的相對(duì)位置和導(dǎo)向精度。因此要求導(dǎo)軌應(yīng)具有足夠的剛度。 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。,導(dǎo) 軌 設(shè) 計(jì),4低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性 當(dāng)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)低速轉(zhuǎn)動(dòng)或間歇微量進(jìn)給時(shí)，應(yīng)保證導(dǎo)軌運(yùn)行平穩(wěn)、進(jìn)給量準(zhǔn)確，不產(chǎn)生爬行（時(shí)快時(shí)慢或時(shí)走時(shí)停）現(xiàn)象。 低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性與導(dǎo)軌的材料及結(jié)構(gòu)尺寸、潤(rùn)滑狀況、動(dòng)靜摩擦因數(shù)之差、導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)剛度有關(guān)

58、。 低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性對(duì)高精度機(jī)床尤為重要。 5結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好。,滑動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),導(dǎo)向是導(dǎo)軌的主要功能， 要使動(dòng)導(dǎo)軌嚴(yán)格按規(guī)定的軌 跡運(yùn)動(dòng)，須限定除運(yùn)動(dòng)軌跡 外的五個(gè)自由度。支承導(dǎo)軌 制造或安裝在床身、立柱、橫梁、搖臂等支承件上，導(dǎo)軌的摩擦面寬度遠(yuǎn)小于運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度，因而導(dǎo)軌可視為窄定位板，只能限制兩個(gè)自由度；在一個(gè)坐標(biāo)面中的兩條窄支承平面a、b形成一個(gè)定位平面，可限制三個(gè)自由度；要準(zhǔn)確導(dǎo)向，需增加另一坐標(biāo)面上的窄支承平面c，以限制兩個(gè)自由度。從而形成最基本的雙矩形導(dǎo)軌。,滑動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),矩形導(dǎo)軌廣泛用于普通精度機(jī)床和中型機(jī)床中，如中型車(chē)床、組合機(jī)床、升降臺(tái)銑床，數(shù)控機(jī)床等。 為使面定位可靠

59、，保證導(dǎo)向精度，應(yīng)用鑲條調(diào)整面與動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)合面之間的間隙。,滑動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),,,,,三角形和矩形導(dǎo)軌的組合兼有導(dǎo)向性好、制造方便和剛度高的優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于車(chē)床、磨床、龍門(mén)銑、龍門(mén)刨、滾齒機(jī)、坐標(biāo)鏜床等機(jī)床的床身導(dǎo)軌。,當(dāng)減小角度 的值時(shí)，三角形導(dǎo)軌的導(dǎo)向性能提高而承載能力和剛度下降；增加角度 的值時(shí)，則相反。因此，一般機(jī)床的三角形導(dǎo)軌的角度 常取90 ，重型機(jī)床 90，精密機(jī)床和滾齒機(jī) 90。,滑動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),三角形、矩形導(dǎo)軌的組合 a) 凸三角形、矩形導(dǎo)軌的組合 b） 凹三角形導(dǎo)軌的組合,滑動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),燕尾導(dǎo)軌與矩形導(dǎo)軌的組合具有調(diào)整方便、承受力矩大的特點(diǎn)。多用于橫梁、立柱、搖臂的導(dǎo)軌副

60、。 雙燕尾形導(dǎo)軌（通常簡(jiǎn)稱(chēng)為燕尾導(dǎo)軌），是沒(méi)用輔助導(dǎo)軌副的閉式導(dǎo)軌。燕尾導(dǎo)軌高度小，可承受傾覆力矩。必須用鑲條調(diào)整摩擦面的間隙。,滑動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),滑動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),滑動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),,,,提高滑動(dòng)導(dǎo)軌耐磨性的措施,1選用合適的材料 鑄鐵 鑄鐵是一種成本低、有良好減振性和耐磨性，易于鑄造和切削加工的材料。常用的鑄鐵有灰鑄鐵、孕育鑄鐵、耐磨鑄鐵等。 需手工刮削、且與支承件做成一體的導(dǎo)軌，一般采用HT200，在潤(rùn)滑與防護(hù)較好的條件下有一定的耐磨性。 對(duì)耐磨性能要求高、精加工方式為磨削、且與床身做成一體的導(dǎo)軌，一般采用孕育鑄鐵HT300。,提高滑動(dòng)導(dǎo)軌耐磨性的措施,所謂孕育鑄鐵，是在鐵水中加

61、入少量孕育劑如硅、錳、鋁、稀土等，使鑄鐵獲得均勻的珠光體和細(xì)片狀石墨的金相組織，從而提高強(qiáng)度和硬度。 HT300孕育鑄鐵在機(jī)床上應(yīng)用很廣，如在臥式車(chē)床、轉(zhuǎn)塔車(chē)床、升降臺(tái)銑床及磨床等機(jī)床上都獲得廣泛應(yīng)用。 為提高耐磨性能，可進(jìn)行電接觸淬火或高頻淬火。,提高滑動(dòng)導(dǎo)軌耐磨性的措施,電接觸表面淬火，表層大部分為細(xì)小馬氏體組織，淬硬層0.20.25mm，表層硬度可達(dá)50HRC以上，耐磨性可提高12倍，基本上避免了鑄鐵導(dǎo)軌的粘著磨損； 硬度不低于180HBW的導(dǎo)軌可進(jìn)行高頻淬火，淬火后硬度為4853HRC，淬火深度1.22.5mm，淬硬層組織主要為細(xì)小馬氏體，高頻淬火可使耐磨性提高2倍以上。,提高滑

62、動(dòng)導(dǎo)軌耐磨性的措施,機(jī)床導(dǎo)軌專(zhuān)用耐磨鑄鐵是在相應(yīng)牌號(hào)的灰鑄鐵中添加磷、銅、鈦、鉬、釩等細(xì)化晶粒的元素，從而提高了耐磨性。 普通機(jī)床（如車(chē)床、磨床等）床身、溜板、工作臺(tái)等支承件及其導(dǎo)軌，可采用高磷耐磨鑄鐵MTP30（含磷量0.4%0.65%），耐磨性比HT300提高1倍以上，目前應(yīng)用日趨廣泛。 釩鈦耐磨鑄鐵適用于制造各類(lèi)中小型機(jī)床的導(dǎo)軌鑄件，它的力學(xué)性能好，優(yōu)于高磷耐磨鑄鐵，熔鑄工藝簡(jiǎn)單，耐磨性比孕育鑄鐵HT300提高1.52倍。,提高滑動(dòng)導(dǎo)軌耐磨性的措施,精密機(jī)床（如坐標(biāo)鏜床、螺紋磨床等）的床身、立柱、工作臺(tái)等支承件及其導(dǎo)軌，采用磷銅鈦耐磨鑄鐵MTPCuTi20、MTPCuTi25、 MT

63、PCuTi30，容易保證鑄件質(zhì)量，耐磨性比HT300提高1.52倍。 中小型精密機(jī)床、儀表機(jī)床的床身等支承件及其導(dǎo)軌，也可采用鉻鉬銅耐磨鑄鐵MTCrMoCu25、MTCrMoCu30、MTCrMoCu35，耐磨性比HT300高2倍以上。 耐磨鑄鐵成本較高，為保證導(dǎo)軌耐磨性，支承件采用灰鑄鐵HT150，耐磨鑄鐵導(dǎo)軌鑲裝于支承件上。,提高滑動(dòng)導(dǎo)軌耐磨性的措施,鋼 淬硬的鋼導(dǎo)軌與鑄鐵組成的導(dǎo)軌副能夠防止粘著磨損，抗磨粒磨損的性能比不淬硬的鑄鐵導(dǎo)軌副高510倍，隨合金成分和硬度的增加而提高。 鑲鋼導(dǎo)軌材料有合金工具鋼或軸承鋼（如9Mn2V GCr15等）、淬火鋼（如45、T8A等）、滲碳鋼或氮

64、化鋼（如20CrMnTi或38CrMoAlA）。 鑲鋼導(dǎo)軌須分段制作，拼裝、樹(shù)脂粘接，并用螺栓固定在支承件上。 國(guó)內(nèi)有的數(shù)控機(jī)床和加工中心采用鑲鋼導(dǎo)軌。,提高滑動(dòng)導(dǎo)軌耐磨性的措施,塑料 鑲裝導(dǎo)軌所用的塑料，主要是聚四氟乙烯 （“塑料王”），與鑄鐵摩擦?xí)r摩擦因數(shù)為0.030.05，且動(dòng)、靜摩擦因數(shù)相差很小，具有良好的防止爬行的性能； 能夠在-250260穩(wěn)定工作，且摩擦因數(shù)在工作溫度范圍內(nèi)幾乎保持不變； 強(qiáng)酸、強(qiáng)堿及各種氧化劑對(duì)它毫無(wú)作用，甚至沸騰的“王水”也不能使它產(chǎn)生任何化學(xué)反應(yīng)； 化學(xué)穩(wěn)定性極好，超過(guò)玻璃、陶瓷、不銹鋼、金。,提高滑動(dòng)導(dǎo)軌耐磨性的措施,提高滑動(dòng)導(dǎo)軌耐磨性的措施,

65、,,,,提高滑動(dòng)導(dǎo)軌耐磨性的措施,環(huán)氧型耐磨涂層導(dǎo)軌也是常用的一種塑料導(dǎo)軌。環(huán)氧型耐磨涂層是以經(jīng)過(guò)改性的環(huán)氧樹(shù)脂為基體，加入固體潤(rùn)滑材料、增強(qiáng)材料等添加劑混合而成。,提高滑動(dòng)導(dǎo)軌耐磨性的措施,導(dǎo)軌副材料的選用原則：為提高導(dǎo)軌副的耐磨性，防止粘著磨損，導(dǎo)軌副應(yīng)采用不同的材料制造；如果采用相同的材料，也應(yīng)用不同的熱處理方式使雙方具有不同的硬度。長(zhǎng)導(dǎo)軌應(yīng)采用較耐磨的和硬度較高的材料制造。 普通機(jī)床的動(dòng)導(dǎo)軌多用聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶，支承導(dǎo)軌采用淬硬的孕育鑄鐵。 精密機(jī)床、高精度機(jī)床，導(dǎo)軌面需刮削，可采用耐磨鑄鐵導(dǎo)軌副，但動(dòng)導(dǎo)軌的硬度應(yīng)比支承導(dǎo)軌的硬度低1545HBW。,提高滑動(dòng)導(dǎo)軌耐磨性的措施,2

66、導(dǎo)軌面的精加工方法及其精度 提高導(dǎo)軌的表面精度，增加真實(shí)的接觸面積，能提高導(dǎo)軌的耐磨性。導(dǎo)軌表面一般要求0.8m。 精刨導(dǎo)軌時(shí)刨刀沿一個(gè)方向切削，使導(dǎo)軌表面疏松，易引起粘著磨損，所以導(dǎo)軌的精加工盡量不用精刨。 磨削導(dǎo)軌能將導(dǎo)軌表層疏松組織磨去，提高耐磨性，可用于導(dǎo)軌淬火后的精加工。,提高滑動(dòng)導(dǎo)軌耐磨性的措施,刮削導(dǎo)軌表面接觸均勻，不易產(chǎn)生粘著磨損，不接觸的表面可儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，提高耐磨性；但刮削工作量大。因此，長(zhǎng)導(dǎo)軌面一般采用精磨；短導(dǎo)軌面和動(dòng)導(dǎo)軌面可采用刮削。 精密機(jī)床（如坐標(biāo)鏜床、導(dǎo)軌磨床）導(dǎo)軌副，導(dǎo)軌表面質(zhì)量要求高，可在磨削后刮研。,3導(dǎo)軌的許用壓強(qiáng)對(duì)導(dǎo)軌耐磨性的影響 導(dǎo)軌的壓強(qiáng)是影響導(dǎo)軌耐磨性的主要因素之一。導(dǎo)軌的許用壓強(qiáng)選取過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)軌磨損加快；若選取過(guò)小，又會(huì)增加導(dǎo)軌尺寸。,提高滑動(dòng)導(dǎo)軌耐磨性的措施,動(dòng)導(dǎo)軌材料為鑄鐵、支承導(dǎo)軌材料為鑄鐵或鋼時(shí)，中型通用機(jī)床，主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和滑動(dòng)速度較大的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，平均許用壓強(qiáng)為0.40.5 ，最大許用壓強(qiáng)為0.81.0 ；滑動(dòng)速度較低的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，平均許用壓強(qiáng)為1.21.5 ，最大許用壓強(qiáng)為2.53.0 。,提高滑動(dòng)導(dǎo)軌