第三章典型部件设计(机械制造装备设计 第四版)

1、机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 机械制造装备设计 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 目 录 第一章 机械制造及装备设计方法 第二章 金属切削机床设计 第三章 典型部件设计 第七章 机械加工生产线总体设计 第五章 机床夹具设计 第四章 工业机器人设计 第六章 物流系统设计 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 第一节 主轴部件设计 第二节 支承件设计 第三节 导轨设计 第四节 机床刀架和自动换刀装置设计 第三章 典型部件设计 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学

2、院 3.1 3.1 主轴部件设计主轴部件设计 主轴部件主轴部件是 机床的执行 件，由主轴 及其支承轴 承、传动件 、密封件及 定位元件等 组成。 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 3.1.1 3.1.1 主轴部件应满足的基本要求主轴部件应满足的基本要求 基本要求：基本要求： （1）旋转精度）旋转精度：装配后，在无载荷、低速转动条件下，在装配后，在无载荷、低速转动条件下，在 安装工件或刀具的主轴部位的径向和轴向跳动安装工件或刀具的主轴部位的径向和轴向跳动。旋转精度 取决于主轴、轴承、箱体孔等的制造、装配和调整精度 （2）刚度）刚度：是指主轴部件在外加载荷作用下

3、抵抗变性的能 力。主轴部件的刚度是综合刚度，它是主轴、轴承等刚度 的综合反映。 （3）抗振性）抗振性：是指抵抗受迫振动和自激振动的能力。 （4）温升和热变性）温升和热变性：主轴部件运 转时，因各相对处的摩擦生热，切 削区的切削热等使主轴部件的温度 升高，形状尺寸和位置发生变化， 造成主轴部件的所谓热变性。 （5）精度保持性）精度保持性：是指长期地保 持其原始制造精度的能力。 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 3.1.2 3.1.2 主轴部件的传动方式主轴部件的传动方式 （1 1）齿轮传动）齿轮传动：特点是结构简单、紧凑，能够传结构简单、紧凑，能够传 递较大的

4、扭矩，能适应变转速、变载荷工作，递较大的扭矩，能适应变转速、变载荷工作， 应用最广应用最广。缺点是线速度不能过高线速度不能过高，通常小 于1215m/s。 （2 2）带传动）带传动：特点是靠摩擦力传动靠摩擦力传动（除同步齿形 带外）、结构简单、制造容易、成本低，特 别适用于中心距较大的两轴间传动。皮带有 弹性可吸振，传动平稳，噪声小，适宜高速 传动。带传动在过载中会打滑打滑，能起到过载 保护作用。缺点是有滑动，不能用在速比要 求准确的场合。 主轴部件的传动方式主轴部件的传动方式 齿轮传动齿轮传动带传动带传动电动机直接驱动电动机直接驱动 各传动类型具有什么特点各传动类型具有什么特点 机械制造装备

5、设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 3.1.2 3.1.2 主轴部件的传动方式主轴部件的传动方式 （2 2）带传动）带传动： 同步齿形带同步齿形带是通过带上的齿形与带轮上 的轮齿相啮合传递运动和动力。同步齿形 带的齿形有两种:梯形齿和圆弧齿。 （3 3）电动机直接驱动方式）电动机直接驱动方式：特点是主轴单元大 大简化了结构，有效地提高了主轴部件的 刚度，降低了噪声和振动；有较宽的调速 范围；有较大的驱动功率和扭矩；便于组 织专业化生产。广泛应用于精密机床、高 速加工中心和数控车床中。 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 3.1.3 3.1

6、.3 主轴部件结构设计主轴部件结构设计 卧式铣床变速箱卧式铣床变速箱 主轴部件结构主轴部件结构 设计应该包括设计应该包括 哪些方面？哪些方面？ 主轴主轴 支承支承 支承数目支承数目 支承方式支承方式 （轴承配置轴承配置 形式形式） 传动件传动件 （传动件布置传动件布置） 主要参数主要参数 构造构造 材料材料 热处理热处理 技术要求技术要求 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 3.1.3 3.1.3 主轴部件结构设计主轴部件结构设计 （一）主轴部件的支承数目（一）主轴部件的支承数目 多数机床的主轴采用前、后两个支承前、后两个支承。 为提高刚度和抗振性，有的机床采

7、用三个支承三个支承。三个支承 中可以前、后支承为主要支承，中间支承为辅助支承以前、后支承为主要支承，中间支承为辅助支承；也 可以前、中支承为主要支承，后支承为辅助支承以前、中支承为主要支承，后支承为辅助支承。且后者 应用较多。 卧式铣床变速箱卧式铣床变速箱某加工中心主轴箱展开图某加工中心主轴箱展开图 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 3.1.3 3.1.3 主轴部件结构设计主轴部件结构设计 （1 1）前端配置）前端配置：两个方向的推力轴承都 布置在前支承外。这类配置方案在前支承 处轴承较多，发热大，温升高发热大，温升高；但主轴受 热后向后伸长向后伸长，不影响

8、轴向精度，精度高 ，对提高主轴部件刚度有利。用于轴向精用于轴向精 度和刚度要求较高的高精度机床或数控机度和刚度要求较高的高精度机床或数控机 床床。 （2 2）后端配置）后端配置：两个方向的推力轴承都 布置在后支承处。这类配置方案前支承处 轴承较少，发热小，温升低；但主轴受热 后向前伸长向前伸长，影响轴向精度。用于轴向精用于轴向精 度要求不高的普通精度机床度要求不高的普通精度机床，如立铣、多 刀车床等。 推力轴承位置的配置形式推力轴承位置的配置形式（推力轴承布置在什么位置）（推力轴承布置在什么位置） 前端配置前端配置后端配置后端配置两端配置两端配置中间配置中间配置 各配置形式各有什么特点？各配置

9、形式各有什么特点？ 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 3.1.3 3.1.3 主轴部件结构设计主轴部件结构设计 （二）推力轴承的位置配置型式（二）推力轴承的位置配置型式 （3）两端配置两端配置：两个方向的推 力轴承分别布置在前后两个支承 处。这类配置方案当主轴受热伸 长后，影响主轴轴承的轴向间隙影响主轴轴承的轴向间隙 。为避免松动，可用弹簧消除间 隙和补偿热膨胀。常用于短主轴常用于短主轴 ，如组合机床主轴。 （4）中间配置中间配置：两个方向的推 力轴承在前支承的后侧。这类配 置方案可减少主轴的悬伸量主轴的悬伸量，并 使主轴的热膨胀向后热膨胀向后；但前支承前支

10、承 结构较复杂，温升也可能较高结构较复杂，温升也可能较高。 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 3.1.3 3.1.3 主轴部件结构设计主轴部件结构设计 （三）主轴传动件位置的合理布置（三）主轴传动件位置的合理布置 （1 1）传动件在主轴上轴向位置的合理布置）传动件在主轴上轴向位置的合理布置 合理布置传动件在主轴上的轴向位置，可 以改善主轴的受力情况，减少主轴变形，提高改善主轴的受力情况，减少主轴变形，提高 主轴的抗振性主轴的抗振性。主轴上传动件轴向布置时，应 尽量靠近前支承，有多个传动件时，其中最大 传动件应靠近前支承。（意义意义） 主轴传动件位置布置的内容

11、主轴传动件位置布置的内容 主轴上传动件的位置主轴上传动件的位置各传动轴的位置各传动轴的位置 传动件在主轴上的布置方式传动件在主轴上的布置方式 应尽量靠近前支承，有多个传动件时，其中最应尽量靠近前支承，有多个传动件时，其中最 大传动件应靠近前支承。大传动件应靠近前支承。（原则原则） 主轴前支承内侧主轴前支承内侧主轴前悬伸端主轴前悬伸端 主轴后悬伸端主轴后悬伸端 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 3.1.3 3.1.3 主轴部件结构设计主轴部件结构设计 （四）主轴主要结构参数的确定（四）主轴主要结构参数的确定 请指出以下结构参数？请指出以下结构参数？ （1 1）

12、主轴前轴径直径）主轴前轴径直径D1D1 （2 2）主轴内孔直径）主轴内孔直径d d （3 3）主轴前端悬伸量）主轴前端悬伸量a a （4 4）主轴主要支承间跨距）主轴主要支承间跨距L L 1 2 3 4 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 3.1.3 3.1.3 主轴部件结构设计主轴部件结构设计 （1 1）主轴前轴径直径）主轴前轴径直径D1D1 按机床类型、功率和加工直径查表按机床类型、功率和加工直径查表 （2 2）主轴内孔直径）主轴内孔直径d d 满足工艺要求的，不削弱强度情况满足工艺要求的，不削弱强度情况 下的较大值下的较大值 （3 3）主轴前端悬伸量）主

13、轴前端悬伸量a a 取决于主轴端部结构、前支承轴承取决于主轴端部结构、前支承轴承 配置等，由结构设计决定配置等，由结构设计决定 （4 4）主轴主要支承间跨距）主轴主要支承间跨距L L 综合主轴弯曲和支承变形，确定最综合主轴弯曲和支承变形，确定最 佳跨距佳跨距 1 2 3 4 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 3.1.3 3.1.3 主轴部件结构设计主轴部件结构设计 （五）主轴（五）主轴 （1）主轴的构造）主轴的构造 主轴的构造和形状主要取决于主轴取决于主轴 上所安装的刀具、夹具、传动件、上所安装的刀具、夹具、传动件、 轴承等零件的类型、数量、位置和轴承等零件

14、的类型、数量、位置和 安装定位方法安装定位方法等。 （2）主轴的材料和热处理）主轴的材料和热处理 普通机床主轴可选用中碳钢普通机床主轴可选用中碳钢（如45 钢），调质处理后，在主轴端部、 椎孔、定心轴颈或定心锥面等部位 进行局部高频淬硬，以提高其耐磨 性。 （3）主轴的技术要求）主轴的技术要求 首先制定出满足主轴旋转精度主轴旋转精度所需 的技术要求；再考虑表面粗糙度、 表面硬度等 主支承轴颈主支承轴颈 设计基准设计基准 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 3.1.4 3.1.4 主轴滚动轴承主轴滚动轴承 主轴部件中最重要的组件是什么？主轴部件中最重要的组件是什

15、么？ 轴承轴承 进行主轴部件设计时候，关于轴承我们需要考虑哪些方进行主轴部件设计时候，关于轴承我们需要考虑哪些方 面的问题？面的问题？ 1 1、选择哪些类型的轴承（轴承组合），满足转速、承载、选择哪些类型的轴承（轴承组合），满足转速、承载、 精度等要求精度等要求 （轴承配置、精度选择）（轴承配置、精度选择） 2 2、如何布置轴承（推力轴承布置已学习）、如何布置轴承（推力轴承布置已学习） （轴承配置部分涉及一些）（轴承配置部分涉及一些） 3 3、如何应用轴承、如何应用轴承 （轴承预紧、润滑和密封）（轴承预紧、润滑和密封） 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 3.

16、1.4 3.1.4 主轴滚动轴承主轴滚动轴承 （二）几种典型的主轴轴承配置型式（二）几种典型的主轴轴承配置型式 主轴轴承的配置型式应根据刚度、转速、承载能力、抗振性和噪根据刚度、转速、承载能力、抗振性和噪 声等声等要求来选择。 良好的高速性能，承良好的高速性能，承 载小载小（高速轻载荷精（高速轻载荷精 密机床）密机床） 角接触球轴承角接触球轴承 中等转速、切削负载中等转速、切削负载 大、要求刚度高大、要求刚度高（如（如 数控车床、镗床）数控车床、镗床） 双双( (三三) )联角接触联角接触 球球+ +双列圆柱滚子双列圆柱滚子 径向刚性好，并有较径向刚性好，并有较 高的转速高的转速（如卧式铣（如

17、卧式铣 床）床） 双列圆柱滚子双列圆柱滚子+ +角接角接 触双列推力球触双列推力球+ +双列双列 圆柱滚子轴承圆柱滚子轴承 速度型速度型 刚度型刚度型 刚度速度型刚度速度型 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 3.1.4 3.1.4 主轴滚动轴承主轴滚动轴承 （二）几种典型的主轴轴承配置型式（二）几种典型的主轴轴承配置型式 高速高速CNCCNC车床车床 CNCCNC型车床型车床 卧式铣床卧式铣床 角接触球轴承角接触球轴承 双列圆柱滚子双列圆柱滚子+ +角接角接 触双列推力球触双列推力球+ +双列双列 圆柱滚子轴承圆柱滚子轴承 双双( (三三) )联角接触联角接

18、触 球球+ +双列圆柱滚子双列圆柱滚子 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 3.1.4 3.1.4 主轴滚动轴承主轴滚动轴承 （三）滚动轴承精度的选择（三）滚动轴承精度的选择 前轴承的精度要选得高一点，一般比后轴承高一级。前轴承的精度要选得高一点，一般比后轴承高一级。 安装轴承时，如果将前后轴承的偏移方向放在同一侧， 则可以有效减少主轴端部的偏移。 主轴的精度等级主轴的精度等级：P0、P6、P5、P4(SP)、P3、P2（UP） （四）主轴滚动轴承的预紧（四）主轴滚动轴承的预紧 预紧就是采用预加载荷的方法消除轴承间隙，而且有 一定的过盈量，使滚动体和内外圈接触

19、部分产生预变形， 增加接触面积，提高支承刚度和抗振性。预紧力通常分为 三级：轻预紧、中预紧和重预紧，代号为A、B、C。 （1）双列圆柱滚子轴承预紧有两种方式：一是用螺母轴 向移动轴承内圈；二是采用过盈套进行轴向固定。 （2）角接触轴承使内外圈产生轴向错位，同时实现径向和 轴向预紧。 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 3.1.4 3.1.4 主轴滚动轴承主轴滚动轴承 （五）滚动轴承的润滑和密封（五）滚动轴承的润滑和密封 润滑的作用减少摩擦、降低温升和防止腐蚀 润滑不良的影响轴承温升剧增，加速轴承的磨损， 影响主轴组件的正常工作 滚动轴承润滑剂和润滑方式的选择依

20、据滚动轴承润滑剂和润滑方式的选择依据 轴承的类型、转速和工作载荷轴承的类型、转速和工作载荷 滚动轴承润滑剂主要有哪两种？滚动轴承润滑剂主要有哪两种？ 润滑脂和润滑油润滑脂和润滑油 速度较低时，温升较低用哪种润滑剂？速度较低时，温升较低用哪种润滑剂？ 速度较高时候用哪种润滑剂？速度较高时候用哪种润滑剂？ 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 主轴滚动轴承的密封主轴滚动轴承的密封 作用作用: : 1.防止灰尘、屑未和切削液等进入轴承，以减少腐蚀和磨 损； 2.防止润滑油外漏，保护环境，避免污染 密封方式：密封方式： 分接触式密封接触式密封和非接触式密封非接触式密封两

21、类。 接触式: 有摩擦和磨损，发热严重，用于低速主轴。如径向 密封圈和毛毡密封圈。 非接触式: 迷宫式和隙缝式，发热很小，应用广泛。又分为 间隙式、曲路式和垫圈式。 为保证密封作用，旋转部分与固定部分之间的径向间隙应小 于0.20.3mm，还要有回孔油，以防漏油。 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 3.2 3.2 支承件设计支承件设计 一、支承件的功能和应满足的基本要求一、支承件的功能和应满足的基本要求 二、支承件的结构设计二、支承件的结构设计 三、支承件的材料三、支承件的材料 四、提高支承件结构性能的措施四、提高支承件结构性能的措施 机械制造装备设计 大连

22、理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 3.2 3.2 支承件设计支承件设计 该学习内容具有普适性该学习内容具有普适性 学习目标：学习目标： 理解支撑件结构设计的基本方法； 掌握机床支撑件设计的几个原则（书本知识） 思考思考: 支撑件的主要作用, 设计中的关键要素是什么 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 3.2 3.2 支承件设计支承件设计 支撑件结构设计的基本原理支撑件结构设计的基本原理根据受力情况进行合理的结构拓根据受力情况进行合理的结构拓 扑。赵州桥就是合理结构拓扑的典型，机床支承件设计也是类似扑。赵州桥就是合理结构拓扑的典型，机床支承件设计也

23、是类似 的道理。的道理。 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 3.2.1 3.2.1 支承件的功能和应满足的基本要求支承件的功能和应满足的基本要求 机床的支承件机床的支承件是指床身、立柱、横梁、底座等大件，相 互固定联接成机床的基础和框架。机床上其它零部件可 以固定在支承件上，或者工作时在支承件的导轨上运动 支承件包括什么？支承件包括什么？ 支承件的作用是什么？支承件的作用是什么？ 机床的支承件的主要功能是保证机床各零部件之间的机床的支承件的主要功能是保证机床各零部件之间的相相 互位置和相互运动精度互位置和相互运动精度，并保证机床有足够的，并保证机床有足够的静

24、刚度静刚度、 抗振性抗振性、热稳定性热稳定性和和耐用度耐用度。 支承件主要承受哪些载荷？支承件主要承受哪些载荷？ 重力重力 切削力切削力 摩擦力摩擦力 传动力传动力 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 3.2.1 3.2.1 支承件的功能和应满足的基本要求支承件的功能和应满足的基本要求 支承件应满足的基本要求支承件应满足的基本要求： （1）应具有足够的刚度和较高的刚度质量比 （2）应具有良好的动态特性，各阶频率不致引起 结构共振 （3）热稳定好 （4）排屑畅通、调运安全，并具有良好的结构工艺性 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学

25、院 （一）机床的类型、布局和支承件的形状（一）机床的类型、布局和支承件的形状 机床的类型可分为三类机床的类型可分为三类：中小型机床、精密和高精密 机床、大型和重型机床 机床的布局形式机床的布局形式直接影响支承件的结构设计。中型卧 式车床采用前倾车身、前倾托板布局形式较多，优点优点 是排屑困难，不使切屑堆积在导轨上将热量传给床身 而产生热变形；容易安装自动排屑装置；创深设计成 封闭的箱形，能保证有足够的抗弯和抗扭强度。 支承件的基本形状支承件的基本形状：箱形类、板块类、梁类 3.2.2 3.2.2 支承件的结构设计支承件的结构设计 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程

26、学院 （二）支承件的截面形状和选择（二）支承件的截面形状和选择 支承件结构的合理设计支承件结构的合理设计是应在最小重量条件下，具有最大静刚度。 静刚度包括弯曲刚度和扭转刚度，均与截面惯性矩成正比。支承件 截面形状不同，即使同一材料、相等的截面面积，其抗弯和扭转惯 性矩也不同。比较后可知：比较后可知： （1）空心截面的刚度都比实心的大 （2）圆（环）形截面的抗扭刚度比方形好，而抗弯刚度比方形低 （3）封闭截面的刚度远远大于开口截面的刚度，特别是抗扭刚度 3.2.2 3.2.2 支承件的结构设计支承件的结构设计 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 （三）支承件筋板

27、和（三）支承件筋板和筋筋条的布置条的布置 筋筋板板是指连接支承件四周外壁的 内板，它能使支承件外壁的局部 载荷传递给其它壁板，从而使整 个支承件承受载荷，加强支承件 的自身和整体刚度。 布置方式布置方式：水平、垂直、斜向。 一般将筋筋条条配置在支承件的某一 内壁上，主要为了减小局部变形 和薄壁振动，用来提高支承件的 局部刚度。筋筋条的布置条的布置：纵向、 横向和斜向，常常布置成交叉排 列 （四）合理选择支承件的壁厚（四）合理选择支承件的壁厚 为减轻机床重量，比后应尽可能 选的薄些。 焊接支承件一般采用钢板与型钢 焊接而成。 3.2.2 3.2.2 支承件的结构设计支承件的结构设计 机械制造装备

28、设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 3.2.3 3.2.3 支承件的材料支承件的材料 支承件常用的材料支承件常用的材料有铸铁、钢板和型钢、天然花岗 岩、预应力钢筋混凝土、树脂混凝土等。 （一）铸铁：（一）铸铁：铸造性能好，阻尼系数大，振动衰减 性能好，成本低，适于成批生产。要进行时 效处理，以消除内应力。 （二）钢板焊接结构：（二）钢板焊接结构：制造周期短，刚性好，便于 产品更新和结构改进，重量轻。 （三）预应力钢筋混凝土：（三）预应力钢筋混凝土：抗振性好，成本低。 （四）天然花岗岩：（四）天然花岗岩：性能稳定，精度保持性好，抗 振性好，热稳定性好，抗氧化性强，不导电 ，

29、抗磁，与金属不粘结，加工方便。 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 （五）树脂混凝土：（五）树脂混凝土：刚度高，具有良好的阻尼性能，抗振性好，热 稳定性高，质量轻，可有良好的几何形状精度，极好的耐腐蚀性， 成本低，无污染，生产周期短，床身静刚度高。且可以预埋金属或 添加加强纤维来提高某些力学性能。 整体结构形式; 分块结构形式; 框架结构形式 3.2.3 3.2.3 支承件的材料支承件的材料 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 3.2.4 3.2.4 提高支承件结构性能的材料措施提高支承件结构性能的材料措施 （一）提高支承件的

30、静刚度和固有频率：（一）提高支承件的静刚度和固有频率： 提高支承件的静刚度和固有频率主要方法提高支承件的静刚度和固有频率主要方法 是根据支承件受力情况合理的选择支承件的 材料、截面形状和尺寸、壁厚，合理的布置 肋板和肋条，以提高结构整体和局部的弯曲 刚度和扭转刚度。 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 （二）提高动态特性：（二）提高动态特性： （1）改善阻尼特性）改善阻尼特性：对于 铸件铸件支承件，铸件内砂芯 不清除，或在支承件中填 充型砂或混凝土等阻尼材 料，可以起到减振作用。 对焊接焊接支承件，除了可以 在内腔中填充混凝土减振 外，还可以充分利用结合 面间

31、的摩擦阻尼来减小振 动。（即分段焊缝可增大 阻尼）。或者采用阻尼涂采用阻尼涂 层层。 （2）采用新材料制造支承）采用新材料制造支承 件：件：刚性高、抗振性好， 热变形小、耐化学腐蚀 3.2.4 3.2.4 提高支承件结构性能的材料措施提高支承件结构性能的材料措施 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 （三）提高热稳定性：（三）提高热稳定性： 主要方法有：主要方法有： （1）控制温升：）控制温升：采用分离或隔绝热源方法 （2）采用热对称结构：）采用热对称结构：所谓热对称结构是指在 发生热变形时，其工件或刀具回转中心线 的位置基本保持不变，因而减小了对加工 精度的影

32、响。 （3）采用热补偿装置：）采用热补偿装置：采用热补偿装置的基本 方法是在热变形的相反方向上采取措施， 产生相应的反方向热变形，使两者之间影 响互相抵消，减少综合热变形。 3.2.4 3.2.4 提高支承件结构性能的材料措施提高支承件结构性能的材料措施 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 3.3 3.3 导轨设计导轨设计 一、导轨的功用和应满足的基本要求一、导轨的功用和应满足的基本要求 二、导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整二、导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整 三、导轨的结构类型及特点三、导轨的结构类型及特点 四、提高道轨精度、刚度和耐磨性的措施四、提高道

33、轨精度、刚度和耐磨性的措施 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 3.3.1 3.3.1 导轨的功用和应满足的基本要求导轨的功用和应满足的基本要求 （一）导轨的功用和分类（一）导轨的功用和分类 导轨的功用有哪些？导轨的功用有哪些？ 承受载荷承受载荷导向导向 导轨按运动分类？导轨按运动分类？ 动导轨动导轨静导轨静导轨 导轨按结构分类导轨按结构分类 开式导轨开式导轨在部件自重或外载作用下，运动导轨和支承 导轨的工作面始终接触。 闭式导轨闭式导轨借助于压板使导轨承受较大的颠覆力矩。 按导轨面的摩擦性质分为：按导轨面的摩擦性质分为： 滑动导轨副和滚动导轨副滑动导轨副和滚

34、动导轨副 滑动导轨副又可分为：滑动导轨副又可分为： 普通滑动导轨、静压导轨和卸荷导轨普通滑动导轨、静压导轨和卸荷导轨 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 3.3.1 3.3.1 导轨的功用和应满足的基本要求导轨的功用和应满足的基本要求 导向精度高导向精度高导轨副在空载荷或切削条件下运动时，实际 运动轨迹与给定运动轨迹之间的符合程度； 影响因素影响因素包括导轨的几何精度和接触精度几何精度和接触精度、导轨的结构形 式、导轨和支承件的刚度、导轨的油膜厚度和油膜刚度、导 轨和支承件的热变形等 承载能力大，刚度好承载能力大，刚度好； 精度保持性精度保持性； 低速运动平稳

35、低速运动平稳； 结构简单、工艺性好结构简单、工艺性好。 导轨应满足哪些要求？导轨应满足哪些要求？ 精度精度承载能力承载能力刚度刚度摩擦阻力摩擦阻力 运动平稳运动平稳精度保持性精度保持性 寿命长、结构简单、工艺性好、便于加工寿命长、结构简单、工艺性好、便于加工/装配装配/调整调整/ 维修、成本低维修、成本低 重要要求：重要要求： 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院退出退出 3.3.2 3.3.2 导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整 （一）直线导轨的截面形状（一）直线导轨的截面形状 主要有四种：主要有四种：矩形、三角形、燕尾形和圆

36、柱形矩形、三角形、燕尾形和圆柱形，它们可互相 组合，每种导轨副中还有凹、凸之分。 （1）矩形导轨：）矩形导轨：承载能力承载能力大、刚度刚度高、制造简单、检 验和维修方便等优点。适于载荷较大而导向要求略低适于载荷较大而导向要求略低的机床 （2）三角形导轨：）三角形导轨：磨损时自动补偿磨损量自动补偿磨损量，不产生间 隙。导轨顶角越小，导向性越好，但摩擦力也越大。小顶角 用于轻载荷精密机械，大顶角用于大型或重型机床。三角形 导轨结构有对称式和不对称式对称式和不对称式两种。 注：注：“”为支承面，“”为导向面，“”为压板面 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 3.3.

37、2 3.3.2 导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整 （一）直线导轨的截面形状（一）直线导轨的截面形状 （3）燕尾形导轨：）燕尾形导轨：承载较大的颠覆力矩颠覆力矩，导轨的 高度较小，结构紧凑，间隙调整方便。但刚 度性较差，加工检验维修都不大方便。适于 受力小、层次多、要求间隙调整方便的部件。 （4）圆柱形导轨：）圆柱形导轨：制造方便，工艺性好，但磨损制造方便，工艺性好，但磨损 后较难调整和补偿间隙后较难调整和补偿间隙。主要用于受轴向负 荷的导轨，应用较少。 注：注：“”为支承面，“”为导向面，“”为压板面 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院

38、机械工程学院 3.3.2 3.3.2 导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整 （二）回转运动导轨的截面形状有三种：（二）回转运动导轨的截面形状有三种： 平面环形、锥面环形和双锥面导轨平面环形、锥面环形和双锥面导轨 平面环形导轨平面环形导轨 v 结构简单、制造方便，能承受较大的轴向力，但不能承受结构简单、制造方便，能承受较大的轴向力，但不能承受 径向力。径向力。 v 适用于由主轴定心的各种回转运动导轨的机床，如适用于由主轴定心的各种回转运动导轨的机床，如高速大高速大 载荷立式车床等载荷立式车床等。 平面环形导轨平面环形导轨 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学

39、 机械工程学院机械工程学院 3.3.2 3.3.2 导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整 （二）回转运动导轨的截面形状有三种：（二）回转运动导轨的截面形状有三种： 平面环形、锥面环形和双锥面导轨平面环形、锥面环形和双锥面导轨 锥面环形导轨锥面环形导轨 v 能同时承受轴向力和径向力，但不能承受较大的颠覆力矩。能同时承受轴向力和径向力，但不能承受较大的颠覆力矩。 导向性比平面环形导轨好，但制造较难。导向性比平面环形导轨好，但制造较难。 v 适用于适用于承受一定径向载荷和颠覆力矩的场合。承受一定径向载荷和颠覆力矩的场合。 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机

40、械工程学院机械工程学院 双锥面环形导轨双锥面环形导轨 v 能承受较大的径向力、轴向力和一定的颠覆力矩，但制造研能承受较大的径向力、轴向力和一定的颠覆力矩，但制造研 磨均较困难。磨均较困难。 3.3.2 3.3.2 导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整 （二）回转运动导轨的截面形状有三种：（二）回转运动导轨的截面形状有三种： 平面环形、锥面环形和双锥面导轨平面环形、锥面环形和双锥面导轨 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 3.3.2 3.3.2 导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整 （三）导轨的组合

41、形式（三）导轨的组合形式 （1）双三角形导轨）双三角形导轨 （2）双矩形导轨）双矩形导轨 （3）矩形和三角形组合）矩形和三角形组合 （4）矩形和燕尾形组合）矩形和燕尾形组合 1、双三角形导轨的组合、双三角形导轨的组合 v 不需要镶条调整间隙，接触刚度好；不需要镶条调整间隙，接触刚度好； v 导向性和精度保持性好；导向性和精度保持性好； 双三角形组合导轨双三角形组合导轨 v 工艺性差，加工、检验和工艺性差，加工、检验和 维修不方便。维修不方便。 v 常用于常用于在精度要求较高的在精度要求较高的 机床中，如丝杠车床、导机床中，如丝杠车床、导 轨磨床、齿轮磨床等。轨磨床、齿轮磨床等。 机械制造装备设

42、计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 3.3.2 3.3.2 导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整 （三）导轨的组合形式（三）导轨的组合形式 （1）双三角形导轨）双三角形导轨 （2）双矩形导轨）双矩形导轨 （3）矩形和三角形组合）矩形和三角形组合 （4）矩形和燕尾形组合）矩形和燕尾形组合 2、双矩形导轨的组合双矩形导轨的组合 宽式组合：两条导轨的外侧导向宽式组合：两条导轨的外侧导向 窄式组合：一条导轨的两侧导向窄式组合：一条导轨的两侧导向 v 承载能力大，制造简单。承载能力大，制造简单。 v 常用于在普通精度机床和重常用于在普通精度机床和重 型

43、机床中，如重型车床、组型机床中，如重型车床、组 合机床、升降台铣床等。合机床、升降台铣床等。 v 导向方式导向方式 宽式组合 窄式组合 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 矩形和三角形组合导轨矩形和三角形组合导轨 3.3.2 3.3.2 导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整 （三）导轨的组合形式（三）导轨的组合形式 3、矩形和三角形导轨的组合、矩形和三角形导轨的组合 v 导向性好，刚度高，制造方便；导向性好，刚度高，制造方便； v 应用最广，如车床、磨床、龙门铣床的床身导轨。应用最广，如车床、磨床、龙门铣床的床身导轨。 4、矩形

44、和燕尾形导轨的组合、矩形和燕尾形导轨的组合 v 这类组合的导轨能承受较大力矩，调整方便；这类组合的导轨能承受较大力矩，调整方便； v 常用于横梁、立柱、摇臂导轨中。常用于横梁、立柱、摇臂导轨中。 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 3.3.2 3.3.2 导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整 （四）导轨间隙的调整（四）导轨间隙的调整 导轨面间的间隙导轨面间的间隙对机床工作性能有直接影响，如 果间隙过大，经影响运动精度和平稳性；间隙过 小，运动阻力大，导轨的磨损加快。因此必须保 证导轨具有合理间隙，磨损后又能方便地调整， 导轨常用

45、压板、鑲条压板、鑲条来调整。 （1）压板）压板用来调整导轨面的间隙和承受颠 覆力矩。 （2）鑲条：）鑲条：调整矩形导轨和燕尾形导轨的侧向间 隙。常用的鑲条有平鑲条平鑲条和斜鑲条斜鑲条两种。 （3）导向调整板：）导向调整板： 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 压板压板 作用：用于承受颠覆力矩和调整辅助导轨面间隙。作用：用于承受颠覆力矩和调整辅助导轨面间隙。 刮研刮研 垫片垫片 镶块镶块 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 F 平镶条平镶条 外形：外形：长度方向上厚度相等，横截面为矩形、平行四边形或长度方向上厚度相等，横截面为矩

46、形、平行四边形或 直角梯形。直角梯形。 调整方法：调整方法：通过横向移动来调整间隙。通过横向移动来调整间隙。 特点：特点： (a)、(b)：镶条制造容易，各处间隙不易调整均匀，刚件差；：镶条制造容易，各处间隙不易调整均匀，刚件差； (c)：镶条刚性好，装配方便，但调整麻烦。：镶条刚性好，装配方便，但调整麻烦。 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 F 斜镶条斜镶条 沿其长度方向有一定斜度，靠沿其长度方向有一定斜度，靠纵向位移纵向位移使其两个侧面使其两个侧面 分别与动导轨和支撑导轨接触，调整导轨间隙，常用斜分别与动导轨和支撑导轨接触，调整导轨间隙，常用斜 度在度在

47、1 1001 40之间。之间。 特点：特点： v在全长上两个面分别同动导轨和固定导轨均匀接触；在全长上两个面分别同动导轨和固定导轨均匀接触； v支承面积同调整位置无关；支承面积同调整位置无关； v刚度比平镶条高，但加工困难。刚度比平镶条高，但加工困难。 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 3.3.3 3.3.3 导轨的结构类型和特点导轨的结构类型和特点 （一）滑动导轨（一）滑动导轨 滑动导轨滑动导轨具有一定动压效应的混合摩擦状态。导轨的动导轨的动 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

48、式等有关尺寸和型式等有关。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。 优点优点是结构简单、制造方便和抗振性好。 缺点缺点是磨损快。 为提高耐磨性，广泛采用塑料导轨和鑲 钢导轨。塑料导轨使用粘结法或涂层法覆盖在导轨面上。通 常对长导轨喷涂法、对短导轨用粘结法。 四种导轨四种导轨： 粘结塑料软带导轨（四氟乙烯；受力后变形） 塑料涂层（环氧树脂，填充剂） 金属塑料复合导轨（钢板、多孔青铜颗粒、聚四氟乙 烯层；可提高导轨板的导热性） 鑲钢导轨（分段镶嵌） 机械制造装备设计 大连理工大学大连理工大学 机械工程学院机械工程学院 3.3.3 3.3.3 导轨的结构类型和特点导轨的结构类型和特点 （二）静压导轨（二）静压导轨 静压导轨按结构形式分开式和闭