典型部件設(shè)計(jì)

1、3.2 支承件設(shè)計(jì)3.2.1 支承件的功能及基本要求3.2.2 支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.2.3 支承件的材料3.2.4 提高支承件結(jié)構(gòu)性能的措施13.2.1 支承件的功能和應(yīng)滿足的基本要求（1）支承件的功能 支承件指床身、立柱、橫梁、搖臂、底座、刀架、工作臺、箱體或升降臺等大尺寸零件，即大件，是機(jī)床的基礎(chǔ)構(gòu)件。功能：相互連接構(gòu)成機(jī)床基礎(chǔ)，支承機(jī)床工作部件，承受載荷，保證機(jī)床各部件的相對運(yùn)動。2（2）支承件應(yīng)滿足的基本要求1 、足夠的靜剛度K，較高的固有頻率； 整體剛度（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 指支承件載荷集中的局部結(jié)構(gòu)處抵抗變形的能力接觸剛度

2、支承件的結(jié)合面在外載荷作用下抵抗接觸變形的能力3固有頻率 為剛度與質(zhì)量比值的平方根，即：當(dāng)激振力頻率接近固有頻率0時，支撐件將產(chǎn)生共振。因此設(shè)計(jì)時要求： 0 1.3 滿足剛度前提下，盡量減小支承件的質(zhì)量，提高固有頻率。2 、好的動態(tài)特性 動剛度、阻尼特性、高的固有頻率防止共振、薄壁噪聲3、熱穩(wěn)定性4、排屑暢通、工藝性好、吊裝方便、成本低43.2.2 支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)床支承件要承受切削力、零部件重量、傳動力等載荷，支撐件所承受的載荷不同，分析受力方式不同。 中小型機(jī)床 支承件受力分析以切削力分主。 精密和高精密機(jī)床 支承部件載荷以移動部件的質(zhì)量和熱 應(yīng)力為主。 大型機(jī)床 支承件受力分析考慮工

3、件重力、移動部件重力 和切削力等。 一、支承件的受力分析和支承件形式（1）支承件的受力分析5（2）支承件的形狀 (1) 箱形類：三個方向上尺寸差不多； (2) 板塊類：兩個方向尺寸上比第三個尺寸大得多； (3) 梁類：一個方向上的尺寸比另兩個大得多；6二 支承件的截面形狀和選擇 支承件的變形主要是彎扭變形。且抗彎剛度和抗扭剛度隨支承件的截面積慣性矩的增大而增大。設(shè)計(jì)原則如下： 截面積一定時，空心截面比實(shí)心截面慣性矩大。滿足工 藝要求是，應(yīng)盡量減小壁厚。 承受一個方向彎矩的支承件，當(dāng)高度方向?yàn)槭軓澐较?時，截面形狀應(yīng)為矩形。 承受純扭矩作用的支承件，截面形狀應(yīng)為圓形。 不封閉截面剛度遠(yuǎn)小于封閉截

4、面剛度，盡量將支承件支 承封閉結(jié)構(gòu)7三 支承件肋板和肋條的布置（1） 肋板（隔板） 連接四周外壁間的內(nèi)壁。作用是將局部載荷傳遞給其他壁板，使整個支承件較均勻的承受載荷。分為：縱向肋板 縱向肋板應(yīng)布置在彎曲平面內(nèi)，即肋板的高度方向與作用力F方向一致。 縱向肋板提高抗彎強(qiáng)度8(三)支承件肋板和肋條的布置 無橫向肋板時，相對抗扭剛度很低；增加一個斷面橫向肋板時，抗扭剛度變大，均與布置三個橫向肋板后，抗扭剛度繼續(xù)增加。 橫向肋板提高抗扭剛度橫向肋板 斜向肋板時多個橫肋板和縱肋板的組合斜向肋板 提高抗彎和抗扭剛度9(三)支承件肋板和肋條的布置（2）加強(qiáng)肋（肋條）配置在某一外壁內(nèi)側(cè)或內(nèi)壁上。加強(qiáng)局部剛度和

5、減少薄壁振動。注意：肋條高應(yīng)約為支承件壁厚的5倍。 厚度為壁厚的0.81倍右圖中，用加強(qiáng)肋提高箱體軸承孔處的局部剛度。10四 合理選擇支承件的壁厚 根據(jù)C值選擇最小壁厚，考慮工藝條件、受力，可適當(dāng)加厚，壁厚應(yīng)盡量均勻。 1、鑄鐵件： 當(dāng)量尺寸C C=（2L+B+H）/3 L、B、H分別為支承件的長、寬、高 2、焊接件：鋼板和型鋼焊接 彈性模量比鑄鐵大一倍，同樣載荷條件下，壁厚為鑄件薄2/34/5，防止薄壁振動。 阻尼系數(shù)比鑄鐵小，需要采取抗振措施。111、鑄鐵 加入少量的鉻、硅、稀土等合金元素的灰口鑄鐵。特點(diǎn)：鑄造、切削性能好；阻尼大，抗振性好；加入合金元素，提高耐磨性；成本高，適合成批生產(chǎn)。

6、支承鑄件消除應(yīng)力的方式：鑄件壁厚不均勻，鑄造冷卻中產(chǎn)生鑄造應(yīng)力，鑄造后進(jìn)行自然時效處理；精密機(jī)床支承件，粗加工前自然時效，粗加工后人工時效，充分消除鑄造應(yīng)力。床身、立柱、橫梁等進(jìn)行振動時效，消除內(nèi)應(yīng)力。3.2.3 支承件材料122、鋼材鋼板和型鋼焊接成支承件特點(diǎn)： 鋼件的抗彎剛度大于鑄鐵件； 滿足剛度要求時，鋼件比鑄件壁厚薄一半，重量減輕2030%。但是阻尼為鑄件的1/3,抗振性能差。 適合于生產(chǎn)數(shù)量少，品種多的大型床身的制造。3、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土4、天然花崗巖135、樹脂混凝土人造花崗巖特點(diǎn)：阻尼比是灰口鑄鐵的810倍，抗振性好。耐腐蝕性好。與金屬粘結(jié)能力強(qiáng)，可預(yù)埋金屬件，減少金屬加工量。澆

7、筑的床身靜剛度比鑄鐵高1640%?？稍黾愉摻罨蚣訌?qiáng)纖維，提高抗拉強(qiáng)度。鋼板焊接框架，充填樹脂混凝土，適合構(gòu)成、中型機(jī)床的支承件。141、提高支承件的靜剛度和固有頻率；2、提高動態(tài)性能； （1）改善阻尼特性：填充型砂或混凝土等 （2）采用新材料：樹脂混凝土3、提高熱穩(wěn)定性； （1）控制溫升 （2）采用熱對稱結(jié)構(gòu) （3）采用熱補(bǔ)償裝置 （4）減少熱變形材料的體積3.2.4 提高支承件結(jié)構(gòu)性能的措施153.3 導(dǎo)軌設(shè)計(jì)3.3.1 導(dǎo)軌的功用與分類3.3.2 導(dǎo)軌應(yīng)滿足的基本要求3.3.3 導(dǎo)軌的截面形狀選擇3.3.4 導(dǎo)軌間隙的調(diào)整3.3.5 導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)類型及特點(diǎn)3.6.6 提高導(dǎo)軌精度、剛度和耐磨

8、性的措施163.3.1導(dǎo)軌的功用和分類1、導(dǎo)軌的功用 導(dǎo)軌的功用承載和導(dǎo)向。即保證運(yùn)動部件在外力作用下，能準(zhǔn)確地沿著一定方向運(yùn)動。2、導(dǎo)軌的分類（1）按工作性質(zhì)： 主運(yùn)動導(dǎo)軌：動導(dǎo)軌座主運(yùn)動，導(dǎo)軌副間的相對速度較高。 進(jìn)給運(yùn)動導(dǎo)軌：動導(dǎo)軌作進(jìn)給運(yùn)動，導(dǎo)軌副之間的相對運(yùn) 動速度低。 調(diào)位導(dǎo)軌：可調(diào)整部件的相對位置，加工過程中沒 有相對運(yùn)動（車床尾架用的導(dǎo)軌）。172、導(dǎo)軌的分類（2）按摩擦性質(zhì)： 滑動導(dǎo)軌： 液體動壓導(dǎo)軌 液體靜壓導(dǎo)軌 普通滑動導(dǎo)軌（混合摩擦導(dǎo)軌） 滾動導(dǎo)軌： 滾珠導(dǎo)軌、滾柱導(dǎo)軌、滾針導(dǎo)軌182、導(dǎo)軌的分類（3）按受力性質(zhì)： 開式導(dǎo)軌 利用部件質(zhì)量和載荷，使導(dǎo)軌副在全長上始終保持

9、接觸的導(dǎo)軌。 開式導(dǎo)軌不能承受較大的顛覆力矩，用于大型機(jī)床的水平導(dǎo)軌。 閉式導(dǎo)軌 在開式導(dǎo)軌上增加輔助導(dǎo)軌而構(gòu)成。19 1、導(dǎo)向精度 導(dǎo)軌副在空載下運(yùn)動和切削條件下運(yùn)動時，實(shí)際運(yùn)動軌跡與給定軌跡之間的符合程度。 （1）幾何精度 直線運(yùn)動的導(dǎo)軌： 導(dǎo)軌在豎直平面內(nèi)的直線度（簡稱A項(xiàng)精度） 導(dǎo)軌在水平平面內(nèi)的直線度（簡稱B項(xiàng)精度） 兩導(dǎo)軌面間的平行度（簡稱C項(xiàng)精度） 其精度值可參考有關(guān)機(jī)床精度檢查標(biāo)準(zhǔn)。3.3.2導(dǎo)軌應(yīng)滿足的要求2021 （2）接觸精度 指導(dǎo)軌副間摩擦面實(shí)際接觸面積占理論接觸面積的百分比。 采用著色法進(jìn)行檢查，用接觸面所占的百分比或2525平方毫米面積內(nèi)的接觸點(diǎn)數(shù)衡量。影響導(dǎo)向精度

10、的因素： 制造精度；導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式；裝配質(zhì)量；導(dǎo)軌及其支承件的剛度和熱變形；對于動壓和靜壓導(dǎo)軌還有油膜剛度。222、承載能力大、剛性好3、精度保持性 其影響因素主要是磨損。提高耐磨性以保持精度是提高機(jī)床質(zhì)量的主要內(nèi)容之一。 常見的磨損有：磨料磨損、粘著磨損、接觸疲勞。4、低速運(yùn)動平穩(wěn)性 即不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象 其平穩(wěn)性與導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)、材料和潤滑有關(guān)；與動、靜摩擦系數(shù)的差值有關(guān)；與傳動導(dǎo)軌運(yùn)動的傳動鏈的剛度等因素有關(guān)。5、結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好 設(shè)計(jì)時要注意使導(dǎo)軌的制造和維護(hù)方便。23 1、直線導(dǎo)軌截面形狀 （1）矩形導(dǎo)軌 （2）三角形導(dǎo)軌 （3）燕尾形導(dǎo)軌 （4）圓柱形導(dǎo)軌3.3.3 導(dǎo)軌的截面形狀242

11、、 回轉(zhuǎn)運(yùn)動導(dǎo)軌的截面形狀1、平行環(huán)形導(dǎo)軌2、錐面環(huán)形導(dǎo)軌3、雙錐面導(dǎo)軌253、導(dǎo)軌的截面形狀與組合（1）導(dǎo)軌的截面形狀：三角形、矩形、燕尾形和圓形。一對導(dǎo) 軌副一凸一凹。26（2）窄式、寬式導(dǎo)軌 窄式導(dǎo)軌：用一條導(dǎo)軌面的兩側(cè)面導(dǎo)向，導(dǎo)向精度高。 寬式導(dǎo)軌：用兩條導(dǎo)軌的兩外側(cè)面導(dǎo)向。273、導(dǎo)軌的組合（1）雙三角形導(dǎo)軌：導(dǎo)向性和精度保持性都高，磨損時會自動補(bǔ)償磨損量，加工、檢驗(yàn)和維修都比較困難，多用于精度要求較高的機(jī)床。（2）雙矩形導(dǎo)軌 ：這種導(dǎo)軌的剛度高，承載能力高，加工、檢驗(yàn)和維修都方便。矩形導(dǎo)軌存在側(cè)向間隙，必須用鑲條進(jìn)行調(diào)整。（3）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

12、高的優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用很廣。（4）燕尾形導(dǎo)軌 ：可以承受顛覆力矩，是閉式導(dǎo)軌中接觸面最少的一種結(jié)構(gòu)，間隙調(diào)整方便。這種導(dǎo)軌剛性較差，加工、檢驗(yàn)和維修都不大方便，適用于受力小，層次多、要求間隙調(diào)整方便的地方。（5）矩形和燕尾形導(dǎo)軌的組合 ：兼有調(diào)整方便和能承受較大力矩的優(yōu)點(diǎn)，多用于橫梁、立柱和搖臂的導(dǎo)軌副等。（6）雙圓柱導(dǎo)軌的組合 ：制造方便，不易積存較大的切屑的優(yōu)點(diǎn)，但間隙難以調(diào)整，磨損后也不易補(bǔ)償。常用于移動件只受軸向力場合。283.3.4 導(dǎo)軌間隙的調(diào)整1、壓板 用于調(diào)整間隙和承受顛覆力矩。壓板用螺釘緊固在運(yùn)動部件上 圖a 通過精磨或刮削壓板厚度調(diào)整間隙 圖b 通過改變墊片層數(shù)和墊片厚度調(diào)整間隙

13、圖c 通過壓板和導(dǎo)軌間的平鑲條調(diào)整間隙292、鑲條 用于調(diào)整矩形、燕尾形導(dǎo)軌的側(cè)面間隙，保證導(dǎo)軌的正常接觸，有平鑲條和斜鑲條兩種。 通過橫向移動平鑲條來調(diào)整側(cè)面間隙。鑲條裝在不受力或受力較小的一側(cè)，以提高剛度。 圖a、圖b：平鑲條較薄，各螺釘單獨(dú)調(diào)整，調(diào)整力不均勻，螺釘與鑲條接觸處有變形，剛性較差。 圖c：間隙調(diào)整后，在擰緊緊固螺栓，調(diào)整方便，剛性好平鑲條調(diào)整間隙30斜鑲條調(diào)整間隙 將鑲條的一面做成與動導(dǎo)軌一面斜度相同，方向相反的斜面，通過斜面配合，縱向移動鑲條來調(diào)整導(dǎo)軌橫向間隙。313.3.5 導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)類型和特點(diǎn)1、滑動導(dǎo)軌 滑動導(dǎo)軌具有一定動壓效應(yīng)的混合摩擦狀態(tài)。導(dǎo)軌的動壓效應(yīng)主要與導(dǎo)軌

14、的摩擦速度、潤滑油粘度、導(dǎo)軌面的油溝尺寸和型式等有關(guān)。速度較高的主運(yùn)動導(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)生較好的動壓效果。 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。 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。通常對長導(dǎo)軌噴涂法、對短導(dǎo)軌用粘結(jié)法。 四種導(dǎo)軌：粘結(jié)塑料軟帶導(dǎo)軌、塑料涂層、 金屬塑料復(fù)合導(dǎo)軌、鑲鋼導(dǎo)軌32退出（2）靜壓導(dǎo)軌 靜壓導(dǎo)軌按結(jié)構(gòu)形式分開式和閉式兩大類。（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)軌的耐磨性和低速運(yùn)動的平穩(wěn)性，尤其是對 大、重型機(jī)床來說，工作臺和工件的質(zhì)

15、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： 機(jī)械卸荷 液壓卸荷 氣壓卸荷。33退出4、滾動導(dǎo)軌 與滑動導(dǎo)軌相比： 優(yōu)點(diǎn) 摩擦因數(shù)小，動、靜摩擦因數(shù)很接近。 缺點(diǎn) 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。 （1）滾動導(dǎo)軌的類型： 按滾動體分類：滾珠、滾柱、滾針 按循環(huán)方式分：循環(huán)式、非循環(huán)式 （2）直線滾動導(dǎo)軌副 （3）滾動導(dǎo)軌塊 （4）預(yù)緊 方法是靠螺釘、墊塊或斜塊移動導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)靠尺 寸差達(dá)到預(yù)緊。 341、合理選擇導(dǎo)軌的材料和熱處理 導(dǎo)軌材料和熱處理方法對導(dǎo)軌性能、精度有直接影響,要合理的選擇，以便降低摩擦系數(shù)，提高導(dǎo)軌的耐磨性，降低成本。 導(dǎo)軌的材料有鑄

16、鐵、鋼、有色金屬、塑料等。 （1）鑄鐵導(dǎo)軌：良好的抗振性抗，工藝性和耐磨性。 （2）鑲鋼導(dǎo)軌：磨損能力強(qiáng)。 （3）有色金屬：可以防止撕傷，保證運(yùn)動的平穩(wěn)性和提高運(yùn) 動精度。 （4）塑料：摩擦因數(shù)低、耐磨性高、抗撕傷能力強(qiáng)、 低速不易爬行、運(yùn)動平穩(wěn)、工藝簡單、化學(xué)性能 好、成本低等特點(diǎn)。 3.6.6 提高導(dǎo)軌精度、剛度和耐磨性的措施352、導(dǎo)軌的預(yù)緊 合理地將滾動導(dǎo)軌預(yù)緊可以提高其承載能力、運(yùn) 動精度和剛度。3、導(dǎo)軌的良好潤滑和可靠防護(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。4、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)

17、合面在一定壓強(qiáng)作用下直 接接觸并相對運(yùn)動而造成的。 爭取不磨損的條件：讓結(jié)合面在運(yùn)動時不接觸。 方法：保證完全的液體潤滑。 36 對導(dǎo)軌材料的主要要求是：耐磨性高、工藝性好和成本低等。 1、鑄鐵 鑄鐵是一種成本低，優(yōu)良好的減振性和耐磨性，易于鑄造和切削加工的金屬材料。在動導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌中都有應(yīng)用。 灰鑄鐵：在潤滑與防護(hù)較好的條件下有一定的耐磨性。HT200。 精度不高，次要導(dǎo)軌。 孕育鑄鐵：耐磨性高于灰鑄鐵。HT300。普通精度。 耐磨鑄鐵：含合金元素，耐磨性高于孕育鑄鐵。精密機(jī)床。 熱處理：導(dǎo)軌的表面淬火，采用淬火的方法提高鑄 鐵導(dǎo)軌表面的硬度，增強(qiáng)抗磨料磨損、粘著磨損的能力，防止劃傷與撕傷

18、，提高導(dǎo)軌的耐磨性。 1、導(dǎo)軌的材料37 2 鋼 采用淬火鋼或氮化鋼的鑲鋼支承導(dǎo)軌，可大幅度提高導(dǎo)軌的耐磨性。 鑲鋼導(dǎo)軌材料有幾類： （1）合金工具鋼或軸承鋼，牌號為9Mn2V、CrWMn、GCr15等； （2）高碳工具鋼，牌號為T8A、T10A等； （3）中碳鋼，牌號為45、40Cr； （4）低碳鋼，牌號為20Cr； （5）氮化鋼，牌號為38CrMoAlA。 鑲鋼導(dǎo)軌工藝復(fù)雜、加工較困難、成本也較高，多用于數(shù)控機(jī)床和加工中心上。383、有色金屬 用于鑲裝導(dǎo)軌的有色金屬板材料，主要有錫青銅ZQSn6-6-3和鋁青銅ZQAl9-4。它們多用于重型機(jī)床的動導(dǎo)軌上。這種材料的優(yōu)點(diǎn)是耐磨性較高，可以防

19、止撕傷和保證運(yùn)動的平穩(wěn)性和提高移動精度。4、塑料 優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)低、耐磨性高、抗撕拉能力強(qiáng)、低速時不易出現(xiàn)爬行、加工性和化學(xué)穩(wěn)定性好、工藝簡單、成本低。在各類機(jī)床上都有應(yīng)用，特別是用在精密、數(shù)控和重型機(jī)床的動導(dǎo)軌上。5、導(dǎo)軌副材料的選用 在導(dǎo)軌副中，為了提高耐磨性和防止咬焊，動導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌應(yīng)分別采用不同的材料。如果采用相同的材料，也應(yīng)采用不同的熱處理使雙方具有不同的硬度。39 1、導(dǎo)軌的潤滑（1）潤滑的目的、要求與方式 潤滑的目的：是為了降低摩擦力、減少磨損、降低溫 度和防止生銹。 潤滑要求：供給導(dǎo)軌清潔的潤滑油，油量可以調(diào)節(jié)， 盡量采取自動和強(qiáng)制潤滑，潤滑元件要可 靠，要有安全裝置。 潤滑方式：人工定期向?qū)к壝鏉灿?；在運(yùn)動部件上裝 油杯，使油沿油孔流或滴向?qū)к壝?；在運(yùn)動 部件上裝潤滑電磁泵或手動潤滑泵。3、導(dǎo)軌的潤滑與防護(hù)40（2）潤滑油的選擇 導(dǎo)軌常用的潤滑劑有潤滑油和潤滑脂，滑動導(dǎo)軌用潤滑油，滾動導(dǎo)軌則兩種都可用。 導(dǎo)軌潤滑油的粘度可根據(jù)導(dǎo)軌的工作條件和潤滑方式選擇。高速低載荷可用粘度較低的油，反之則用粘度較高的油。 滾動導(dǎo)軌支承多采用潤滑脂潤滑。優(yōu)點(diǎn)是不會泄漏，不需經(jīng)常加油；缺點(diǎn)是塵屑進(jìn)入后易磨損導(dǎo)軌，因此對防護(hù)要求較高，易被污染又難以防護(hù)的地方，可用潤滑油潤滑。412、導(dǎo)軌的防護(hù) 防止或減少導(dǎo)軌副磨損的重要方法之一，就是對導(dǎo)軌進(jìn)