单工位双面卧式车方组合机床的整体设计

1、、八前言为期四年的大学生活即将结束，最后一项重要任务就是毕业设计。毕业设计是 工科专业学校教学计划的一个重要组成部分， 是教学环节的继续深化和检验， 其实 践性和综合性是其它教学环节所不能代替的。通过毕业设计使学生获得综合训练， 有利于培养学生独立工作能力， 巩固和提高所学知识， 全面提高毕业生的素质， 使 之能较快的适合工程实践，对培养学生的实际工作能力具有十分重要的作用。通过这一环节的训练，提高了以下能力：1、综合运用所学知识和技能，独立分析和解决实际问题的能力；2、综合运用基本技能，包括绘图、计算机应用、翻译、查阅及阅读文献等等 的能力；3、调动实验研究的积极性，技术经济分析和组织协作工

2、作的能力，学习撰写 科技论文和技术报告，正确运用国家标准和技术语言阐述理论和技术问题 的能力；4、学会收集加工各种信息的能力，以及获取新知识的能力；5、培养创新意识和严肃认真的科学作风。我们的设计题目是： 卧式单工位双面车方组合机床。 我们知道， 组合机床是用 按系列化标准化设计的通用部件和按被加工零件的形状及加工工艺要求设计的专 用部件组成的专用机床。 它专门用于加工一种工件或一种工件的一定工序， 机床的 辅助部件部分地实现了自动化， 大大的提高了生产率。 而车方机床， 就是用曲率半 径很大的椭圆短半轴曲线代替直线切削方形工件。 在机床中间底座上装有固定夹具 用于安装工件。机床工作时 ,装两

3、把车刀的车头主轴由单独电机驱动作回转主运动 , 同时车头由侧底座上的液压滑台带动作进给运动。一次装夹 ,一个工步完成了 4 个 平面的切削。 与一般铣削相比， 减少了工件的二次装夹和调整分度的时间， 提高了 生产率，减轻了劳动强度，降低了生产成本。车方机床只是众多机床类型中的一种，其设计也应符合一般机床的设计准则， 即：（1）工艺可行性。指机床适应不同生产的需要。大致包括以下内容：机床可 完成的工序种类，加工零件的类型、材料和尺寸范围，毛坯的种类等。（2）加工精度和表面粗糙度。（3）生产率。（4）自动化程度。（5）操作安全方便和工作可靠。（6）效率，使用期限和成本等等。 设计时还应该注意使机床

4、体积小，重量轻，占地面积小，外形美观以及注意 防止环境污染，如减少噪音，防止漏油等等。在设计过程中， 遇到了很多困难和问题， 一方面我们自己不断查阅相关资料尽 力去解决，同时，还得到了许多老师的大力支持，他们有问必答，讲解耐心详细， 诲人不倦，在此表示衷心的感谢。1制定机床总体设计方案1.1设计任务设计任务：卧式单工位双面车方组合机车工件名称：小型拖拉机操纵轴生产批量：中批生产材料：45钢产品图如下A-A1.2机床总体设计的依据1.2.1概述机床设计，是设计人员根据使用部门的要求和制造部门的可能，运用有关的科学技术知识，所进行的创造性劳动。而机床设计的第一步，就是整体方案的确定。 即在调查和分

5、析的基础上，提出所设计机床的工艺方法、运动和布局、传动和控制、 结构和性能等的初步方案。总体方案是部件和零件的设计依据，对整个机床设计的影响较大。因此，在拟定总体方案的过程中，必须综合地考虑，使所定方案技术上先进，经济效果好。确定机床的总体方案，包括下列内容：（ 1）调查研究 包括调查和分析工件、 了解使用要求和制造条件、 调查研究现 有同类型机床等。（ 2）工艺分析包括确定机床上的工艺方法、运动等。（ 3）机床总体布局一般包括：分配运动、选择传动形式和支承形式、安排手柄等操作件的位置、 拟定从布局上改善机床性能和技术经济指标的措施等。 最后， 绘制机床的总联系尺寸图， 以表达所采用的总体布局

6、， 规定联系尺寸， 并确定主要 技术参数。另外， 当机床的传动和控制较复杂时， 须拟定机床传动系统的草图。 对于不同 类型的机床， 拟定总体方案的侧重点也是不同的。 通用机床的工艺比较定型， 一般 是侧重于机床的系列化工作、 对现有同类型机床的调查分析以及新技术、 新结构的 应用。1.2.2 机床的总体布局机床的总体布局是指确定机床的组成部件， 以及各个部件和操纵、 控制机构在 整台机床中的配置。合理的总体布局的基本要求是：（1）保证工艺方法所要求的工件和刀具的相对位置和相对运动。（2）保证机床具有与所要求的加工精度相适应的刚度和抗振性。（3）便于操作、调整、修理机床；便于输送、装卸工件、排除

7、切屑。（4）经济效果好，如节省材料、减少机床占地面积等。（5）造型美观。机床总体布局设计的一般步骤是， 首先根据工艺分析分配机床部件的运动， 选 择传动形式和支承形式； 然后安排操作部位， 并拟定在布局上改善机床性能和技术 经济指标的措施。上述步骤之间有着密切联系，必要时可互相穿插或并进。此次毕业设计所设计的机床为一台专用组合机床，组合机床是针对被加工零件的特点及工艺要求，按高度集中工序原则设计的一种高效率专用机床。设计组合机床前，首先应根据组合机床完成工艺的一些限制及组合机床各种工艺方法能达到的 加工精度，表面粗糙度及技术要求、解决零件是否可以利用组合机床加工以及采用 组合机床加工是否合理的

8、问题。如果确定零件可以利用组合机床加工，那么，为使加工过程顺利进行并达到要求的生产率，必须在掌握大量的零件加工工艺资料基础上，全面考虑影响制定零件丁艺方案、机床配置型式、结构方案的各种因素反应注意的问题。经过分析比较，以确定零件在组合机床上合理可行的加工方法（包括安排工序及工艺流程，确定工序中的工步数，选择加工的定位基难及夹压方案等）、确定工序（或工步）间加工余量、选择合适的切削用量、相应的刀具结构、确定机床 配置型式等等，这些便是组合机床方案制定的主要内容。1.23工件及工艺分析工件是机床的工作对象，是机床总体方案设计的依据。因此，必须明确工件的特点和加工要求，诸如：被加工面的尺寸精度、相互

9、位置精度、表面光洁度以及对 生产率的要求等。选择典型工件进行分析：如图 1-1A-A30 0.2；外圆后，加工拖拉机操纵轴方头（见图1-1），原工序为在已加工了用铳床铳削方头，由于需要分度转位，辅助工时较长。改为专用卧式组合机床车削方头，在机床中间底座上装有固定夹具，用于安装工件。机床工作时，装两把车刀的车头 主轴由单独电机驱动作回转主运动，同时车头由侧底座上的液压滑台带动作进给运动。一次装夹，一个工步完成了 4个平面的切削，提高了生产效率。 零件材料为45号钢，零件工作中受力不很大，可以在车削之后做淬火处理，以提高起刚度强度，延长使用寿命。 此生产类型为中批生产， 应尽量提高生产率， 降低生

10、产成本，采用专用机 床生产比较合理。1.3工件加工原理车方机床由车头行星轮系机构产生刀尖的椭圆曲线轨迹。图1-2车方原理见图1-2，齿轮Z3与 乙的传动比为1 : 2，当刀尖安装在比齿轮 Z3的分度圆小的圆周上时，则刀尖的运动轨迹为椭圆。证明如下：设齿轮Z3的分度圆 半径为OA=R，O点为齿轮Z3的分度圆中心，刀尖在分度圆内定点 a处，且Oa/OA=(1)入。当Z3的分度圆在 J 上作纯滚动时，圆心O点运动到O ,齿轮上a点运动至a点(坐标为x, y),而Oa = O' a',由图2可知：x = Pb + ca ' = PO' cos 0 + O' a&

11、#39; cos 0 = R cos 0 +Oa cos 0=R cos 0 + 入 Rcos 0 = R ( 1 + 入)cos 0y = O ' b - O ' c = PO' sin0 - O ' a ' sin 0 = Rsin 0 - Oasin 0=Rsi n0 -入 Rsin 0 = R (sin 02)由式(1)COSX22 2R (1 + )由式(2)sin2Y222R (1 -)则 X2/ R2(1 + 入)2+ y2/ R2(1 -入)2 = COS2+si n2车方机床的车头行星轮系如图1-3所示。,和a点对称于中式(3)为椭圆方

12、程，所以a点的运动轨迹为椭圆。同理可以证明心O点的另一刀尖的运动轨迹也是一个椭圆。若入接近于1时,椭圆短半径处曲率 半径很大，接近于直线。设计适当的行星轮Z3的分度圆半径，可以控制用椭圆曲线 代替直线所引起的直线度误差 ，满足加工一般方头的精度要求。1.4行星轮计算及原理误差分析7图1-31行星轮分度圆直径D3的设计计算图1.2所示的E点与F点的y坐标值之差为计算直线度误差的初始值。根据工件精度要求，给出初始直线度公差0.09mm。由零件简图1的方头边长27°°.i8 = 26.91 ± 0.09和初始线度公差值,我们可以计算出图2中E点和F点的坐标在E点，零件的

13、直线度误差大到最大值则:6.912=13.455在F点，零件的直线度误差达到最小值，则:yF =26.912-0.09=03.365所以 E点坐标为(0 ,13.455),F点坐标为(13144 ,13144),显然刀尖在E点时,0 ( / O' PO) = 90°。但必须注意的是，在 F点时,夹角0不等于45°。将E点0 = 90。和y = 13.455代入式(2)中，得R (1 -入)=13.455(4)将F点坐标代入式(1)和(2)中，得R (1 -入)sin B = 13.365联立式(4)、(5)和(6)解得R =64.59997mm ,圆整取R =65m

14、m。z3分度圆直径 D3130mm。将R = 65mm 代入式(4)中得入=0.791 718 22曲线近似直线的车方原理直线度误差的分析计算由于工件上有30 0.28的圆角，椭圆曲线近似直线段的长度小于GF，近似直线段的车方原理直线度误差值小于计算给出的初始值。一个椭圆曲线与圆有4个交点，相邻两点在x方向上的距离为近似直线段的长 度。交点I的y值与中点E的y值之差即为原理直线度误差。2 2)2=1椭圆方程：厂x- + 2 yR2(1)2R2(1圆的方程：x2 + y2 = r2联立解之得4个交点，其中第一象限的交点的坐标值为2 2 2(1) R r(7)22(8)人二 r y0 28由30

15、0.42变换为29.65 0.07，工件倒圆直径的基本尺寸d = 29.65mm ,半径基本尺寸 r = 14.825mm ,将 R =65mm ,入=0.791 718 2 , r = 14.825mm 代入式(7)和(8)得y1 = 13.405mm, x1 = 6.269mm近似直线段的长度L' = 2 x1= 2 X 6.104 = 12.538mm。令PE = h ,按图1计算的直线段长度为L = 2 . r2 h2 = 214.825" 13.455" = 12.448mm两者之差厶L = L' - L = 12.538 - 12.448 = 0

16、.09mm ,符合零件图纸的要求。近似直线段的车方原理的直线度误差计算值厶=h- % = 13.455 - 13.405 =0.05mm ,即直线段的车方原理直线度误差是0.05mm,比初始值小的多，完全可以满足一般方头的精度要求。2. 机床配置形式的选择2.1 机床配置形式概述机床的配置形式通常根据工件的结构特点， 加工要求， 生产率和工艺过程方案 等就可以确定。 但在在基本形式的基础上， 由于工艺的组织， 动力头的不同配置方 法， 零件安装数目和工位数多少等具体安排不同，而具有多种配置方案。 他们对机床的结构复杂程度， 通用化程度， 结构工艺性能， 重新调整的可能性以及经济效果， 还有维修

17、操作是否方便等，都具有不同的影响。另外，还必须看到，就是在有些情 况下，多工艺过程方案不大的更改或重新安排，往往会使机车简单，工作可靠，结 构紧凑，更符合实际生产的要求。因此，在最后决定机床配置形式结构方案时，必 须注意下面一些问题。（1）加工精度的要求影响 固定式夹具组合机床能达到的加工精度最高，带移动式加具机床精度相对较 差。（2）机床生产率的影响机床要求的生产率对机床配置形式结构方案有很大影响， 它是决定采单工位机 床，多工位机床或自动线， 还是按中小批生产所需组合机床的特点进行设计的重要 因素。有时从工件外形及轮廓尺寸来看， 完全可以采用单工位固定夹具的机床形式。 但由于生产率要求很高

18、， 就不得不采用多工位的方案， 使装卸时间和机动时间相重 合。（3）被加工零件的大小、形状、加工部位特点的影响 这些特点很大程度上决定了采取卧式、立式或是倾斜式机床。一般来说，卧 式机床多用于加工孔中心线与定位基准面平行， 又需要由一面或是几面同时加工的 箱体。 一些在立式机床上安装不方便或者受到高度限制的细长工件， 也适宜采用卧式机床加工。立式机床则适于加工定基面是水平的，而加工面的孔与基面相垂直的工件。总之，在拟订机床配置形式结构方案时，必须认真分析工件加工工艺的要求及加工部位的特点，选择恰当的方案。2.2机床支撑形式的选择机床中常用的支承件有床身、底座、立柱、横梁、横臂、刀架及工作台等。

19、这 些支承件，或单独使用，或组合使用。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一一质量比。2应具有较好的动态特性，包括较大的位移阻抗和阻尼，整机的低阶频较高， 若阶频不致引起结构共振，不会因薄壁振动而产生噪声。3热稳定性好，热变形对机床加工精度的影响较小。排屑畅通，吊运安全，并具有良好的结构工艺性。机床支承形式可归纳为下列5种：（1）一字形（“一”形）支承 支承件是床身，或床身与底座的组合。具有这 种支承形式的机床，称为卧式机床。（2）柱形（“丨”形）支承 支承件是立柱，或立柱与底座的组合。具有这种 支承形式的机床，称为立式机床。（3）倒丁字形（“”形）支承 支承件是床身和立柱的

20、组合。具有这种支承形式的机床，称为复合式机床。（4） 槽形（“ ”形）支承 支承件是床身（或底座）、立柱、横臂三者的组 合。具有这种支承形式的机床，称为单臂式机床。（5） 框形（“”形）支承 机床的支承件由床身、 横梁及双立柱组合而成,形成封闭的框形结构。具有这种支承形式的机床，称为龙门式机床。由于支承件的结构形状十分复杂，受力条件也很复杂，所以对支承件主要是进行近似的工程技术计算， 用近似的技术计算结果， 来和已有的经过生产实践考验的 同类型支承件的计算结果进行比较，进而评价所设计的支承件。由工件的形状及加工原理知，宜采用卧式形式（带一固定式夹具）工液压滑台ZL主轴箱电动机工件左主轴头夹具右

21、主轴头液压滑台床身图2 12.3床身设计卧式床身有3种结构形式：中小型机床的床身是安装在床腿上的，例如回转直径在630毫米及以下的车床，六角车床等；大型机床的床身是直接安装在基础上的， 如大型卧式车床卧式镗床等；某些卧式床身是框架式的，如仿行车床，多刀车床等。 从载荷的观点来分析，有的床身主要是在切削力的作用下受两个方向的弯曲和扭转 载荷，如车床，六角车床和镗床床身； 有的床身主要是在重力的作用下受竖直面内 的弯曲载荷，如龙门刨床和龙门铳床的床身。表2-1铸铁件的推荐壁厚当量尺寸（m）0.751.01.51.82.02.533.54.5外壁厚（mm）81012141618202225隔板或筋厚

22、（mm）68101212141618201.截面形状床身的截面形状决定于刚度要求，导轨的位置，内部需要安装的零，部件，排 屑等。2.截面宽度和高度截面的宽度由工件大小，刚度要求和刀架或工作台的导向性决定。普通车床床身截形的最佳比例为高比宽约等于1。这里借鉴CA6140车床的床身设计。床身采用铸铁件（材料是 HT30-45号灰铸铁）。截面形状如图2 2。整体图如图23所示3. 动力部件的选择3.1切削力的计算及刀具的选择车方机床的主轴上对称安装了两把车刀，但由图2可知，两把刀不会同时3027切削,切削深度从 F点ap= 0逐渐增大至E点ap = 1.5mm ,再逐渐P P 2减小至G点ap= 0

23、。其它3个面的切削深度也依次作同样改变。所以最大切深度ap = 1.5mm ,根据零件表面粗糙度的要求 ,选f =0.3mm/ r。由Vf = fn可以计算滑台速度vf。刀具材料选用YT15 (适合加工钢料及断续切削)。为了保证一定的刀具耐用度，选 v = 90m/ min = 1.5m/ s 。零件材料45钢，加工时的材料硬度为187HB ,查机械加工工艺手册，Fz =883NP =1.32kWpE =1.76kW得：单位切削力 p = 1 962N/ mm2 ;切削力 Fz = p apf = 1 962 X 1.5 X 0.3 =33883N ;切削功率 P = FZ v X 10 =

24、883 X 1.5 X 10 =1.3245kW;取机床总效率n = 0.75 ,则电机功率 pE= P/ n = 1.3245/ 0.75 = 1.766kW。3.2电动机的选择1.电动机选择时要考虑的问题：(1) 由于一般生产单位多采用三相交流电源，故无特殊要求时均应选用三相交流电动机。其中以三相异步带能动机应用最多，常用为Y系列三相异步电动机。(2) 电动机的功率选择是否合适，对电动机的正常工作和经济性都有影响。 功率选的过小不能保证工作机的正常工作，或使电动机因超载而过早损坏；功 率选的过大则电动机的价格高，能力又得不到充分的发挥，而且由于电动机经 常不在满载下运转，其效率和功率因数都

25、较低而造成能源的浪费(3 )电动机的同步转速愈高，磁极对数愈少，外廓尺寸愈小，价格愈低。但是电动机转速相对于工作机转速过高势必使总传动比加大，致使传动装置结构 复杂，外廓尺寸增加，制造成本提高。而选用较低转速的电动机，其优缺点刚 好相反。因此，在确定电动机的转速时，应进行分析比较，权衡利弊，按最佳 方案选择。2.电动机功率的选择考虑到减速器的降速比不宜过大，所以初步选择电动机的转速ns 710r/min再根据所须电动机功率为 Pr 1.766 kw。查简明机械设计手册 r25 续表但是，考虑到机床可能调整加工其它尺寸、材料的方头或六方头工件，取电机功率为2.2kW。选用封闭式三相异步电动机，型

26、号为 Y132S-8，其输出功率 P=2.2kw。其主要性能参数如表3-1所示。表3-1电动机主要性能参数电动机的功率P22 kw额定电流5.5A额定转距2.0电动机满载转速n710 r/mi n堵转转矩/额定转矩2.0电动机的效率0.81电动机的重量63kg3电动机的安装型式选用B5基本结构型式，机座不带底脚，端盖有凸缘。安装结构型式为制造范围（机座号）为80-315。其示意图如图3-1所示：图3-1电动机的安装示意图主要安装型式尺寸如表 3-2所示。表3-2电动机主要安装尺寸电动机轴伸直径D48mm电动机轴伸长度 E110mm轴伸上键槽的尺寸14mm 9mm电动机法兰外径尺寸350mm电动

27、机法兰内径尺寸250mm'电动机法兰螺栓孔均不圆直径300mm法兰螺栓孔的数量和直径419电动机的总高度 L710mm4. 液压滑台的设计4.1液压滑台系统概述4.1.1液压滑台系统的特点（1）滑台的主要负载是切削力、摩擦力和启动、制动过程的惯性力，最大负荷一般<10kN。为保证运动平稳性和工作可靠性，一般都采取中低压系统，压力在6MPa以下。液压系统的流量是根据滑台快速进退的速度确定的，一般<100L/min。（2） 通常滑台快进与快退的速度大致相等，因此多采用差动连接的单出杆液 压缸。（3）为解决工进与快进、快退对流量需求差别较大的矛盾，提高系统效率，除采用差动缸外，通

28、常采用限压式变量泵、高低压双泵或单定量泵加蓄能器的供油方式。（4） 各工况速度换接多采用行程控制，如行程阀，或电器行程开关与电磁阀 组合方式。4.1.2滑台对液压系统的要求（1）能在变负载或在断续负载下工作，能保证滑台的进给速度特别是最低进给速度（一般约为5mm/min ）稳定，以保证加工精度。（2） 能承受规定的最大载荷，并具有较大的工进调速范围（通常为（5900）mm/min ）,以适应不同工序的工艺需求。（3）能实现快速进退及各进给速度间的平稳换接。(4) 对于多个滑台同时工作的系统，应防止各液压执行元件的压力、流量相互影响引起动作上的干扰。(5) 合理利用能量，提高系统效率，减少发热。

29、合理解决工进速度与快速进 退速度差值，造成流量值较大的矛盾。4.2导轨的选择4.2.1导轨的功用和分类导轨的功用是导向和承载。即保证运动部件在外力作用下，能淮确地沿着 一定的方向运动。在导轨剐中，运动的导轨叫做动导轨，不动的导轨叫做支承 导轨。动导轨相对于支承导轨通常只有一个自由度，即直线运动或回转运动。1. 导轨可按下列性质分类：(1) 按运动性质可分为主运动导轨、进给运动导轨和移置导轨。移置导轨只 用于调整部件之间的相对位置，在加工时没有相对运动。例如车床昆座用的导 轨。(2) 按摩擦性质可分为滑动导轨和滚动导轨。滑动导轨按两导轨面问的摩擦 状态又可分为混合摩擦导轨、边界摩擦导轨、液体动压

30、导轨和液体静压导轨。 滚动导轨按其滚动体不同又可分为滚珠导轨，滚柱导轨和滚针导轨。(3) 按受力情况可分为开式导轨和闭式导轨。如图4 1所示，在部件自重和外载荷作用下，导轨面 c和d在导轨全长上始终可以贴合的称为开式导轨。在 受较大的倾覆力矩时，如图，部件的自重不能伎主导轨面e、f始终贴合，就必须增加压板1和2.形成辅助导轨面 g和h，称为闭式导轨。图41开式导轨与闭式导轨2、导轨应满足的基本要求机床导轨的质量在一定程度上决定了机床的加工精度，工作能力和使用寿命，因此必须满足下列基本要求：（1）导向精度导轨在空载和在切伊陈件下运动时，都应具有足够的导向精度轨运动轨迹的准确度。 影响导向精度的主

31、要因素有导轨的几何精度、导轨的接触精度、导轨及其支承件的自身刚度及热变形等。2）精度保持性为了能长期保持导向精度、对导轨提出了刚度和耐磨件的要求。若刚度不足， 则直接影响部件之间的相对位置精度和导轨的导向精度，使导轨面上的压强分 布不均，加剧导轨的磨损。所以刚度是导轨工作质量的另一个重要指标。导轨 的耐磨性是决定导向精度能否长期保持的关键，是衡量机床质量的重要指标。导轨耐磨性与导轨材料、导轨受的摩擦性质、导轨受力情况及两导执相对运动 速度有关。（3）低速运动平稳性即应保证在作低速运动或微量位移时不出现不平稳现象。进给运动时的不平稳将使加工表面粗糙度增大；定位运动时的不平稳，将降低定位精度。低速

32、 运动的平稳性与导轨的结构和润滑，动、静摩擦系数的差值，以及传动动导轨 运动的传动系统的刚度等有关。(4) 结构工艺性在可能的情况下，应尽量使导轨结构简单，便于制造和维护。对于刮研导轨，应尽量减少刮研量；对于镶装导轨，应做到更换容易。3、导轨的磨损形式滑动导轨磨损的基本形式是磨粒磨损和咬合磨损。这两种磨损常同时发生，它们既相互联系，又相互影响。磨粒磨损往往是咬合磨损的起因，咬合磨损反 过来又会加剧磨粒磨损，只是有时其中一种磨损可能起主要作用。滚动导轨则 主要是疲劳磨损。(1) 磨粒磨损磨粒主要是指存在于导轨面之间的微小硬粒如切屑、尘粒和导轨自身磨 损后的残余产物等。这些微小硬粒在有一定的压强作

33、用并做相对运动的导轨面 之间起着切刮或刻划导轨面的作用，使导轨面产生机械划伤或磨损沟痕。磨粒 磨损与导轨间的相对滑动速度及导轨面比压成正比。这种磨损是不可避免的， 只能采取某些措施，努力减少这种磨损。(2) 咬合磨损咬台磨损又称咬焊。它是指相对运动的两个表固互相咬合，并在表面产生撕裂的现象。这是由于导轨面相互运动时，导轨表面覆盖的一层氧化膜因摩擦发 热而受到破坏，裸露的金属表面因分子问的相互吸弓I、渗透，使接触点粘结而 发生咬焊，随着接触面的相对运动，咬焊点被拉开，如此反复多次，就产生撕 裂性破坏。严重的咬合磨损将使两个导轨面无法相对运动。因此，这种磨损是 不允许发生的。(3) 疲劳磨损和压演

34、现象滚动导轨疲劳磨损主要是因为导轨表面受滚动体局部应力作用而产生弹性 变形，当滚动体离开后，变形得到恢复，这种现象连续发生，达到一定循环次 数后，就使导轨表层产生疲劳点蚀现象，这就是滚动导轨的疲劳磨损。如果局部应力过大而使表层产生凹坑状的塑性变形，这就是压溃现象，这种破坏是不 允许发生的。4.2.2滑动导轨滑动导轨足最常见的导轨，其他类型的导轨部是在滑动导轨的基础上逐步 发展起来的，由于滑动导轨结构简，有良好的工艺性，刚度利精度易于保证， 所以在一般机床上仍然得到广泛的应用。1. 导轨的材料和热处理（1）对导轨材料的要求和搭配对导轨材料的主要要术是耐磨件好、工艺件好、成本低。常用的导轨材料有铸

35、铁、钢、有色金属和塑料其中以铸铁应用最为广泛。为了提高耐磨性.动导轨和支承导轨应尽量采用不同的材料，如果选用相同的材料，也一定要采取不同的热处理方式以使其具有不同的硬度。在直线运动导轨中，长导轨（通常是支承导轨）要用耐磨性较好和硬度较高的 材料制造。这是因为支承导轨各处使用机会难以均等，且修复困难，而动导轨 总是全长接触，且动导轨短，磨损后易于维修；长导轨不易防护等原因：在回 转运动导轨中，一般均是将较软的材料用于动导轨：因为花盘或圆工作台导轨 比底座加工方便些，磨损后易于在机床上加工，可减少修理的工作量。表4-1导轨材料的搭配序号123456相对寿命12-3>24-5动导轨铸铁铸铁铸铁

36、淬硬铸铁有色金属塑料支撑导轨铸铁淬硬铸铁淬硬钢淬硬钢铸铁铸铁导轨常用材料搭配见表 4 1。除铸铁外，其余导轨都是镶装的。(2) 铸铁铸铁是一种成本低，有良好减振性和耐磨性，易于铸造和切削加工的金属材料。导轨常用的铸铁有灰铸铁、孕育铸铁和耐磨铸铁等。灰铸铁府用最多的牌号是 HT200b在较好的润滑与防护条件下，具有一定的 耐磨性。适用于需手工刮研的导轨；润滑和防护条件好、轻载荷的机床导轨； 不经常工作的导轨(包括移置导轨)；对精度要求不高的次要导轨等。常用的孕育铸铁牌号足HT300b耐磨性高于灰铸铁，但较脆硬，不易刮研，且成本较高。常用于较精密的机床导轨。为了提高铸铁导轨的硬度，以增强抗磨粒磨损

37、的能力和防止撕伤，铸铁导轨经常采用高频淬火、小频淬火及电接触自冷淬火等表面淬火方法。(3) 钢在耐磨性要求较高的机休上，可采用淬硬钢制成的镶钢导轨。淬火钢的耐磨 性比普通铸铁高5-10倍。镶钢导轨通常采用 45钢或45cr等材料，表面淬硬或全淬透，硬度达到HRc52 58;或者采用20Cr，20CrMn等渗碳淬硬至 HRc56- 62。镶钢导轨工艺复杂， 成本高，目前国内主要用于数控机床的滚动导轨上。(4) 有色金属有色金属镶装导轨常用于重型机床的动导轨上，与铸铁的支承导轨搭配， 以防止咬合磨损，保证运动平稳性和提高运动精度。常用的材料有锡青铜ZQS n663,铝青铜ZQA194和锌铝铜合金

38、ZZnAL10 5等。(5) 塑料塑料导轨具有良好的耐磨性能，落在导轨表面上的硬粒可挤入导轨内部，避免了磨粒磨损和撕伤。常用的塑料材料有环氧树脂耐磨涂料和聚四氟乙烯基 滑动导轨软带等。适用于中、小型精密机床和数控机床的导轨，用于竖直导轨 更可显示其优点。这里我选用铸铁导轨。2. 导轨的结构1 ）截面形状滑动导轨可分为凸形和凹形两大类。对于水平布置的机床，凸形导轨不易 积存切屑，但难以保存润滑油，因此只适用于低速运动；凹形导轨润滑性能良 好适用于高速运动，但为防止落入切屑等必须配备良好的防护装置。直线运动导轨截面的基本形状见图42。Abcd图4 2三角形导轨，见图 a。支承导轨为凸形时，称为山形

39、导轨；支承导轨为凹 形时，称为V形导轨。三角形导轨依靠二角形的两个斜面导向，磨损后能自动 补偿，不影响导向精度。但水平和垂直两个方向上的误差相万影响，给制造和 检修带来困难。导向精度随顶角。的增加而降低；承载面积随的增加而增加。当两导轨面上受力不对称且相差较大时，可采用不对称三角形导轨，以保证导 轨面压力分布均匀。通常取 =90°。对于受力较大的大型或重型机床，可取=110°- 120° ；对于精密机床，常取=90°。支承导轨为V形时，不易积存放大的切屑，也不易存留润滑油，适用于不易防护、速度较低的进结运动导轨。支承导轨为V形时，由于能得到较充足的润滑，

40、除用于精密和大型机床的进给导轨外，还可用于主运动导轨，如龙门刨 床床身导轨。但是必须很好地防护，以防止落人切屑和尘土。矩形导轨，见图 b。矩形导轨制造简单，刚度高，承载能力大，具有水平 和垂直两个方向的导轨面而且两个导轨面的误差不会相互影响，便于安装调 整。但侧面磨损后不能自动补偿，需要有间隙调整装置，因此导向件较差。适 用于载荷较大而导向性要求不高的机床。根据导向形式的不同，矩形导轨又可 分为窄式组合和宽式组合两种。燕尾形导轨，见图 G燕尾形导轨结构紧凑、高度尺寸较小，可承受颠覆 力矩，但磨损后不能自动补偿间隙，需用镶条调整，刚性较差，摩擦力较大， 制造和检修都比较复杂，一般用作中、低速的多

41、层导轨。圆体形导轨，见图 0圆柱形导轨制造简单，不易积存较大的铁屑。但磨损后很难调整和补偿间隙，通常用在承受轴向载荷的场合。这里选用矩形导轨。2）组合形式为了限制运动部件的转动自由度，直线运动导轨一般都由两条导轨组合而戍。对重型机床，由于共移动部件宽度较大，又承受较重载荷，因此常采用3条或3条以上导轨，来实现导向外承受载荷。常见的导轨组合形式见图43。mh士V凹也° $f双二角形组合（图a）导向精度高，磨损后能自动补偿具有较好的精度保 持性，但很难达到 4个表面同时接触的要求，制造较困难。适用于精度要求较 高的机床，如高精度丝杠机床刀架导轨和滚齿机立体导轨等。双矩形组合（图b）具有较

42、大的承载能力，制造调整比较简单，但导向性差, 磨损后不能自动补偿，对加工精度有较大影响；多用于普通精度机床和重型机 床，如万能升降台铳床工作台导轨等。三角形-矩形组合（图4 c） 这种组合形式兼有导向性好、制造方便和刚度 高的优点，应用最广泛，如普通车床溜板、龙门刨床工作台导轨、万能外因磨 床砂轮架导轨等。燕尾形组合（图d）两个燕尾平面同时起导向及压板作用，用一根镶条就可调整各接触面的间隙，但不能承受过大的颠覆力矩，摩擦损失也较大。用于要 求层数多、尺寸小、调整间隙方便和移动速度不大的场合，如车床刀架、牛头 刨床滑枕导轨等。燕尾形一矩形组合（图e）能承受较大力矩，间隙调整也比较方便，多用于 横

43、梁、立柱、摇臂等的导轨，如龙门刨床横梁导轨等。双圆柱形组合（图f） 容易制造，但磨损后不易补偿。常用于仅受轴向力的 场合，如压力机、机械手的导轨。这里选用双矩形组合3 ）间隙调整闭式导轨的结合面之间应有适当的间隙。若间隙过小，不但增加运动阻力， 而且会加速导轨磨损；若间隙过大，又会使导向精度降低，还容易产生振动。 因此，除装配过程中应仔细调整导轨的间隙外，在使用一段时间后，因磨损还 需重调。常用镶条和压板来调整导轨的间隙。（1）压板压板用于调整间隙和承受颠覆力矩下图所示为矩形导轨上常用的几种压板装置。图44 压板1-动导轨2-支承导轨3-压板4-垫片5-平镶条6-螺钉图a所示的压板装置通过磨削

44、或副研压板3与动导轨1相接触的d面，或磨、刮与支承导轨2相接触的e面来调整垂直方向的间隙。间隙过大时磨、刮d面:间隙过小则磨、刮e面。压板上的d, e面需用空刀槽分开。 这种方式结构简单， 但调整比较麻烦。图 b所示是采用在压板与动导轨接触处放几层薄垫片4来调整垂直方向的间隙。随着摩擦表面的不断磨损，逐次取下一层垫片。这种方法 比磨、刮省力，但调整量受垫片厚度限制。图c所示是在压板与支承导轨间用平镶条5来调整间隙。只要拧动带有锁紧螺母的螺钉6即可调整间隙，故调整方便。但由于镶条下面只与几个螺钉接触，因此刚度较差。（2）.镶条镶条用来调整矩形和燕尾形导轨的侧面间隙，以保证导轨面的正常接触。 常用

45、的镶条有平镶条和斜镶条两种。3. 导轨的润滑与防护1 ）导轨润滑导轨润滑的目的是：减少磨损以延长导凯使用寿命；降低温度以改善工作条件；减小摩擦力以提高机械效率；保护导轨表面以防止生锈。导轨的润滑方法很多，最简单的润滑方法是人工定期地直接在导轨上浇油或 油杯供油。这种方法成本低廉，但不能保证充分的润滑。一般用于移置导轨或移动速度较低的滑动导轨及滚动导轨。另一种手动润滑方式是在机床上装手动 油泵，在工作前拉动油泵几次，进行人工润滑，这种方式操作方便但不能保证连续供油，用于低中速、低载荷、小行程或不经常运动的导轨上。现代机床上多采用全自动压力油强制润滑，这种方法效果较好可保证充分润滑，不断地冲洗和冷

46、却表面，与运动速度无关，但必须有专门的供油系统，成本较高。为了使润滑油在导轨向上均匀分布，保证充分的润滑效果，应在导轨面上开出油沟。2）导轨的防护导轨的防护装置应尽可能使导轨面封闭起来，如果不能封闭，则应能将落在 导轨上的尘屑较彻底地清除，还应具有耐红热切屑的能力，防冷却液浸蚀的能 力，便于装卸及清洗导轨，制造容易、耐用和美观。图45导轨的防护图示为几种导轨的防护方式。图 a为刮板式防护装置。在动导轨的端面上 装有毛毡I，并用金属刮板 2及螺钉压紧，当动导轨移动时，通过毛毡排除落 在支承导轨上的切屑及灰尘。这种装置容易被细小的切屑及杂物填塞，对导轨产生刮磨作用，因此仅适用于移动速度较低的导轨。

47、图b,为钢带式防护单，韧带4的一端绕在床身端部的滚轮 3上，另一端则固定在运动部件上，运动部 件移动时，钢带随着展开或卷在滚轮上。这种防护罩结构简单，但切屑及杂物 在滚轮卷动时.容易被带至钢带内表面而掉在导轨面上，影响防护效果。图c为固定式防护罩、铁皮罩固定在运动部件上，以盖住导轨表面。这种队护罩结 构简单，但密封性较差，且使机床外形尺寸增大，仅通用于行程不大的中小型 机床。图d为层叠式防护罩，用多段金属薄板制成，最外层盖板6和最内层盖板7分别固定在运动部件 5和床身8上，当运动部件移动时，防护罩可随之伸 长或缩短。这种防护罩耐热性好，使用寿命长，但制造较复杂，成本较高，适 用于大型及精密机床

48、。图 c为折叠式防护罩，用皮革、塑料或帆布制成，这种 防护罩结构简单，防护效果好但容易损坏，成本高，常用于磨床和精密机床 上。这里选用刮板式防护装置。4. 滑动导轨的验算设计滑动导轨时，先参考同类型机床， 初步拟定导轨的形状和尺寸， 然后再 进行验算。滑动导轨的验算，主要是通过受力分析，求出导轨的平均压强和最大压强、 与导轨的许用压强相对照，判断导轨设计是合合理。根据压强分布情况，判断 是合需用压板。*1 ）导轨压强的分布当导轨的自身刚度大于接触刚度时，可忽略导轨自身变形的影响，而只考虑接触变形的影响。这时，沿导轨长度方向的接触变形和压强可视为线性分布， 沿宽度方向可视为均匀分布。当导轨的自身

49、刚度较低时，既要考虑导轨表面接 触变形，又要考虑导轨自身变形，这时压强为非线性分布，下面只讨论线性分 布的导轨压强的计算。每条导轨面所受的载荷， 都可以简化为一个距导轨中心距离为x的力，这个力的作用又等价于一个位于导轨中心的力F和一个颠覆力矩 M的作用。如图46所示。图4 6导轨受力情况在力F作用下，导轨面的压强 pF （单位为MPa :Pf =FaL(1)在力矩m作用下，导轨面产生的最大压强pM （单位为MPa由于 M=2 PM13l2l=12Pm a L因此FPm= aL2式中F 导轨承受的集中力，单位为N;M导轨承受的颠覆力矩，单位为 N mma导轨的宽度，单位为 mmL动导轨的长度，单

50、位为 mmPf -集中力F力引起的压强，单位为MPaPm -颠覆力矩M引起的最大压强，单位为 MPa由于力F与力矩M同时作用，阅此寻轨所承受的最大、最小、平均压强分别为：F6M)Pmax =;Pf +Pm =(1 +(3)aLFLF6M、Pmin =:pF 'pM =(1 )(4)aLFL1 (Pmax +pmin )=L2F.(5)2aL从式(4 7)可见，平均压强Pav只与力F的大小和导轨几何尺寸有关，而与 力的作用点无关。从式(4 5)、(44)可知：(1) X = 0,即力F作用于导轨中点，M=Fx=0, Pmax= Pmin =0,压强呈矩形分 布(如下图a),导轨受力均匀，

51、但实际上很难实现这种情况。(2) XVL/ 6,即M=FxVFL/ 6 时，6MT FLV1 ,Pmax < 2 Pav ,Pmin 0,压强呈梯形分布(如图b)。设计时，应尽可能保证导轨在这种受力状态下工作。(3) X=L / 6，即 M= Fx = FL/6 时，6M/FL=1 , Pmax =0, Pmin =2 Pav，压强呈三角形分布(图c)。导轨两端压强分布相差较大，但仍保持了导轨面全长接触， 设计时也可采用。(4) xL/ 6，即 M=FxFL/6 时，6M/FL 1, pmin < 0。这时，导轨一端将出现间隙(图d)。为此，需要在导轨下面安装压板，形成辅助导轨面。

52、设计 时应避免出现这种情况。T门社业上4丄L<4LF-WFL . =4图4 7导轨压强的分布表4 2铸铁导轨的压强分布/MPa导轨种类机床类别平均压强最大压强主运动导轨和速度较高 的进给运动导轨中型机床0.40.50.8 1.0重型机床0.20.30.4 0.6直线运动导轨速度较低的运动导轨中型机床1.21.52.5 3.0重型机床0.51.0 1.5磨床0.025-0.040.050.08主运动和速度较高的圆周运动导轨D<30000.4D导轨直径，mmD>30000.2 0.3环 行0.152 ）导轨的许用压强导轨的压强是影响导轨耐磨性的一个主要因素。导轨的支承面积应与导轨

53、所 承受的载荷相适应。如果导轨面的压强很大，导轨表面将因油膜压破而加剧磨 损。为此，应保证导轨面上的平均压强不超过许用值。由于导轨面上的压强分 布不可能完全均匀，所以还必须保证最大压强不超过许用值。机床铸铁铸铁、铸铁钢导轨副的许用压强按表42选取。始终以固定切削条件工作的专用机床，许用压强应比表中数值减小25% 30%。钢一钢导轨副的许用压强可比表中数值增加20% 30%。动导轨上镶装以聚四氟乙烯为基体的导轨板时，如滑动速度v 1m/min时，则pv植不宜超过o.2MPam/min; 如滑动速度v 1m/min时，则许用压强取 0.2MPa。锌铝铜合金ZZnAII0 5导轨的许用平均压强p 0

54、.2MPa。5. 提高导轨耐磨性的措施1 )力求无磨损磨损的原因是配合面在一定的压强作用下直接接触并作相对运动。因此不磨损的条件是配合面在作相对运动时不直接接触，接触时则无相对运动。静压导轨与动压导轨可以实现完全的液体润滑状态，润滑油使两导轨面分开而不直接接触，这种导轨的耐磨性最好。2) 力求少磨损在有些场合既不便采用静压导轨，也不能采用动压导轨，就只能争取少磨损。减少磨损的措施有：(1) 降低导轨面间的压强，减小单位面积上承受的摩擦力，可采用加大接触面积和减轻负荷的办法来降低压强。采用卸荷导轨可以减轻负荷，加宽导轨面或加长动导轨的长度可以加大接触面积，提高导轨接触精度和减小表面粗糙度，也可以增加实际接触面积。(2) 降低摩擦系数，例如采用滚动导轨：在滑动导轨中正确选择摩擦副的材料；正确选择润滑油或采用循环润滑方式来改善润滑条件。(3) 适当的热处理方式可提高导轨抗磨损的能力。(4) 加强防护。3) 均匀磨损(1)力求使摩擦面上的压强均匀分布，例如导轨的形状和尺寸要尽可能与集中载荷对称。(2) 尽量