第三章典型部件设计

1、机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 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西安航空学院西安航空学院 机械工程学院机械工程学院 3.1 3.1 主轴部件设计主轴部件设计 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。件及定位元件等组成。机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 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（1）旋转精度：装配后，在无载荷、低速转动条件下，在安装工件或刀具的）旋转精度：装配后，在无载荷、低速转动条件下，在

2、安装工件或刀具的主轴部位的径向和轴向跳动。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、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抵抗变性的能力。主轴部件的刚是指主轴部件在外加载荷作用下抵抗变性的能力。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。度是综合刚度，它是主轴、轴承等刚度的综合反映。刚度的倒数也称为柔度刚度的倒数也称为柔度,常以主轴前端产生单位位移的弹性变形时，在位移方向施加的作用力表示。常以主轴前端产生单位位移的弹性变形时，在位移方向施加的作用力表示。 当主轴外伸端受径向作

3、用力当主轴外伸端受径向作用力F,受力方受力方向上弹性位移为向上弹性位移为时，则刚度时，则刚度K为：为：/FKNm机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 机械工程学院机械工程学院（3）抗振性：）抗振性：是指抵抗受迫振动和自激振动的能力。是指抵抗受迫振动和自激振动的能力。理论分析和试验结果表明，影响主轴部件抗振性的主要因素是主轴部件的静刚度、阻尼特性和固有频率等。刚度和阻尼比越大越不容易产生振动。 振动直接影响工件的表面加工质量和刀具的使用寿命，并产生噪声。振动直接影响工件的表面加工质量和刀具的使用寿命，并产生噪声。（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

4、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。轴部件的所谓热变性。 影响主轴部件温升、热变形的主要因素是轴承的类型和布置方式；影响主轴部件温升、热变形的主要因素是轴承的类型和布置方式；轴承预紧力大小；润滑方式和散热条件等。轴承预紧力大小；润滑方式和散热条件等。（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。是指长期地保持其原始制造精度的能力。机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 机械工程学院机械工程学院 3.1.2 3.1.2 主

5、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：特点是结构简单、紧凑，能够传递较大的扭结构简单、紧凑，能够传递较大的扭矩，能适应变转速、变载荷工作，应用最广。缺点是线速度不矩，能适应变转速、变载荷工作，应用最广。缺点是线速度不能过高能过高，通常小于，通常小于1215m/s。（2 2）带传动）带传动：特点是：特点是靠摩擦力传动靠摩擦力传动（除同步齿形带外）、结（除同步齿形带外）、结构简单、制造容易、成本低，特构简单、制造容易、成本低，特 别适用于中心距较大的两轴间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，适宜高速传动传动。皮带有弹性可吸振，传动平

6、稳，噪声小，适宜高速传动。带传动在过载中会。带传动在过载中会打滑，能起到过载打滑，能起到过载 保护作用。保护作用。缺点是有滑缺点是有滑动，不能用在速比要求准确的场合动，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设计西安航空学院西安航空学院 机械工程学院机械工程学院q 同步齿形带的齿形有两种：梯形齿和圆弧齿。圆弧齿形受力合理，较梯同步齿形带的齿形有两种：梯形齿和圆弧齿。圆弧齿形受力合理，较梯形齿同步带能够传递更大的扭矩。形齿同步带能够传递更大的扭矩。q 同步齿形带

7、无相对滑动，传动比准确，传动精度高；同步齿形带无相对滑动，传动比准确，传动精度高；q 厚度小、重量轻、传动平稳、噪声小厚度小、重量轻、传动平稳、噪声小, ,适于高速传动，传动效率高；适于高速传动，传动效率高；q 不需要润滑，耐水耐腐蚀，能在高温下工作，维护保养方便；传动比大，可达1：10以上。q 缺点是制造工艺复杂，安装条件要求高。同步齿形带同步齿形带机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 机械工程学院机械工程学院4.4.电动机直接驱动方式电动机直接驱动方式 电动机转子轴就是主轴，电动机座就是机床主轴单元的壳体。主轴电动机转子轴就是主轴，电动机座就是机床主轴单元的壳体。主轴单元大大简化了结构

8、，有较宽的调速范围；有较大的驱动功率和扭矩；单元大大简化了结构，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便于组织专业化生产。广泛地用广泛地用于精密机于精密机床、高速床、高速加工中心加工中心和数控车和数控车床中。床中。机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 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卧式铣床变速箱卧式铣床变速箱主轴部件结构设计应该包括主轴部件结构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

9、热处理热处理技术要求技术要求机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 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。为提高刚度和抗振性，有的机床采用用三个支承三个支承。三个支承中可。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；也可也可以前以前、中支承为主要支承，后支承为辅助支承。、中支承为主要支承，后支承为辅助支承。且后者应用较多。且后者应用较多。卧式铣床变

10、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西安航空学院西安航空学院 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置在前支承外。这类配置方案在前支承处轴承较多，较多，发热大，温升高发热大，温升高；但主轴受热后；但主轴受热后向后伸向后伸长，长，不影响轴向精度，精度高，对提高主轴部不影响轴向精度，精度高，对提高主轴部件刚度有利。件刚度有利。用于轴向精度和刚度要求较高的用于轴向精度和刚度要求较高的高精度机床或数控机床

11、。高精度机床或数控机床。（2 2）后端配置）后端配置：两个方向的推力轴承都布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。影响轴向精度。用于轴向精度要求不高的普用于轴向精度要求不高的普通精度机床，通精度机床，如立铣、多刀车床等。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？各配置形式各有什

12、么特点？机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 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：两个方向的推力两个方向的推力轴承分别布置在前后两个支承处。这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，类配置方案当主轴受热伸长后，影响影响主轴轴承的轴向间隙。主轴轴承的轴向间隙。为避免松动，为避免松动，可用弹簧消除间隙和补偿热膨胀。可用弹簧消除间隙和补偿热膨胀。常常用于短主轴，用于短主轴，如组合机床主轴如组合机床主轴。（4）中间配置中间配置：两个方向的推力两个方向的推

13、力轴承在前支承的后侧。这类配置方案轴承在前支承的后侧。这类配置方案可减少可减少主轴的悬伸量，主轴的悬伸量，并使主轴的并使主轴的热热膨胀向后膨胀向后；但；但前支承结构较复杂，温前支承结构较复杂，温升也可能较高。升也可能较高。机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 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

14、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西安航空学院西安航空学院 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

15、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）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 1234机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 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、功率和加工直径按机床类型、功率和加工直径查表查表（2 2）主轴内孔直径）主轴内孔直径d d满足工艺要

16、求的，不削弱强度满足工艺要求的，不削弱强度情况下的较大值情况下的较大值（3 3）主轴前端悬伸量）主轴前端悬伸量a a取决于主轴端部结构、前支承取决于主轴端部结构、前支承轴承配置等，由结构设计决定轴承配置等，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，确综合主轴弯曲和支承变形，确定最佳跨距定最佳跨距 1234机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 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主轴的构造和形状主要取决于主轴上所取决于主轴上所安装

17、的刀具、夹具、传动件、轴承等零安装的刀具、夹具、传动件、轴承等零件的类型、数量、位置和安装定位方法件的类型、数量、位置和安装定位方法等。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（如45钢）钢），调质处理后，在主轴端部、椎孔、定，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。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首先制定出满足主轴旋转精度主轴旋转精度所需的技所需的技术要求；再考虑表面粗糙度、表面硬度术要求；再考虑表面粗糙度、表面

18、硬度等等 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西安航空学院西安航空学院 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

19、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）机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 机械工程学院机械工程学院一.常用滚动轴承类型（1）角接触球轴承：接触角）角接触球轴承：接触角接触角接触角 =0，深沟球轴承，深沟球轴承接触角接触角 045，角接触球轴承，角接触球轴承接触角接触角 451.3 q 满足刚度前提下，尽量减小支承件的质量，提高固有频率。满足刚度前提下，尽量减小支承件的质量，提高固有频率。2 、好的动态特性 动刚度、阻尼特性、高的固有频率防止共振、薄壁噪声动刚度、阻尼特性、高的固有频率防止共振、薄壁噪声3、

20、热稳定性4、排屑畅通、工艺性好、吊装方便、成本低机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 机械工程学院机械工程学院3.2.2 支承件的结构设计支承件的结构设计 机床支承件要承受切削力、零部件重量、传动力等载荷，支机床支承件要承受切削力、零部件重量、传动力等载荷，支撑件所承受的载荷不同，分析受力方式不同。撑件所承受的载荷不同，分析受力方式不同。q 中小型机床中小型机床 支承件受力分析以切削力分主。支承件受力分析以切削力分主。q 精密和高精密机床精密和高精密机床 支承部件载荷以移动部件的质量和热支承部件载荷以移动部件的质量和热 应力为主。应力为主。q 大型机床大型机床 支承件受力分析考虑工件重力、

21、移动部件重力支承件受力分析考虑工件重力、移动部件重力 和切削力等。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）支承件的受力分析机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 机械工程学院机械工程学院（2 2）支承件的形状）支承件的形状 (1) (1) 箱形类：三个方向上尺寸差不多；箱形类：三个方向上尺寸差不多； (2) (2) 板块类：两个方向尺寸上比第三个尺寸大得多；板块类：两个方向尺寸上比第三个尺寸大得多； (3) (3) 梁类：一个方向上的尺寸比另两个大得多；梁类：一个方向上的尺寸比另两个大得多；机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 机械工程学院机械工程学院二、支

22、承件的截面形状和选择二、支承件的截面形状和选择 支承件的变形主要是支承件的变形主要是弯扭变形弯扭变形。且抗弯刚度和抗扭刚度随。且抗弯刚度和抗扭刚度随支承件的截面积惯性矩的增大而增大。设计原则如下：支承件的截面积惯性矩的增大而增大。设计原则如下：q 截面积一定时，空心截面比实心截面惯性矩大。截面积一定时，空心截面比实心截面惯性矩大。满足工满足工 艺要求是，应尽量减小壁厚。艺要求是，应尽量减小壁厚。q 承受一个方向弯矩的支承件，当高度方向为受弯方向承受一个方向弯矩的支承件，当高度方向为受弯方向 时，时，截面形状应为矩形。截面形状应为矩形。q 承受纯扭矩作用的支承件，承受纯扭矩作用的支承件，截面形状

23、应为圆形。截面形状应为圆形。q 不封闭截面刚度远小于封闭截面刚度，不封闭截面刚度远小于封闭截面刚度，尽量将支承件支尽量将支承件支 承封闭结构承封闭结构机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 机械工程学院机械工程学院三三 支承件肋板和肋条的布置支承件肋板和肋条的布置（1） 肋板（隔板）肋板（隔板） 连接四周外壁间的内壁。作用是将局部载荷连接四周外壁间的内壁。作用是将局部载荷传递给其他壁板，使整个支承件较均匀的承受载荷。分为：传递给其他壁板，使整个支承件较均匀的承受载荷。分为：纵向肋板 纵向肋板应布置在弯曲平面纵向肋板应布置在弯曲平面内，即肋板的高度方向与作内，即肋板的高度方向与作用力用力F方向

24、一致。方向一致。 纵向肋板提高抗弯强度纵向肋板提高抗弯强度机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 机械工程学院机械工程学院( (三三) )支承件肋板和肋条的布置支承件肋板和肋条的布置 无横向肋板时，相对抗扭刚度无横向肋板时，相对抗扭刚度很低；增加一个断面横向肋板时，很低；增加一个断面横向肋板时，抗扭刚度变大，均与布置三个横抗扭刚度变大，均与布置三个横向肋板后，抗扭刚度继续增加。向肋板后，抗扭刚度继续增加。 横向肋板提高抗扭刚度横向肋板提高抗扭刚度横向肋板 斜向肋板时多个横肋板和纵肋斜向肋板时多个横肋板和纵肋板的组合板的组合斜向肋板 提高抗弯和抗扭刚度提高抗弯和抗扭刚度机械制造装备设计西安航空

25、学院西安航空学院 机械工程学院机械工程学院( (三三) )支承件肋板和肋条的布置支承件肋板和肋条的布置（2）加强肋（肋条）加强肋（肋条）配置在某一外壁内侧或内壁上。加强局部配置在某一外壁内侧或内壁上。加强局部刚度和减少薄壁振动。刚度和减少薄壁振动。注意：肋条高应约为支承件壁厚的注意：肋条高应约为支承件壁厚的5倍。倍。 厚度为壁厚的厚度为壁厚的0.81倍倍右图中，用加强肋提高箱右图中，用加强肋提高箱体轴承孔处的局部刚度。体轴承孔处的局部刚度。机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 机械工程学院机械工程学院四四 合理选择支承件的壁厚合理选择支承件的壁厚 根据根据C值选择最小壁厚，考虑工艺条件、受

26、力，可适当值选择最小壁厚，考虑工艺条件、受力，可适当加厚，壁厚应尽量均匀。加厚，壁厚应尽量均匀。 1、铸铁件：、铸铁件： 当量尺寸当量尺寸C C=（2L+B+H）/3 L、B、H分别为支承件的长、宽、高分别为支承件的长、宽、高 2、焊接件：钢板和型钢焊接、焊接件：钢板和型钢焊接 弹性模量比铸铁大一倍，同样载荷条件下，壁厚为铸件弹性模量比铸铁大一倍，同样载荷条件下，壁厚为铸件薄薄2/34/5，防止薄壁振动。，防止薄壁振动。 阻尼系数比铸铁小，需要采取抗振措施。阻尼系数比铸铁小，需要采取抗振措施。机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 机械工程学院机械工程学院1、铸铁 加入少量的铬、硅、稀土等合

27、金元素的灰口铸铁。加入少量的铬、硅、稀土等合金元素的灰口铸铁。特点：铸造、切削性能好；阻尼大，抗振性好；加入合金元铸造、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，适合成批生产。素，提高耐磨性；成本高，适合成批生产。支承铸件消除应力的方式：支承铸件消除应力的方式：q铸件壁厚不均匀，铸造冷却中产生铸造应力，铸造后进行铸件壁厚不均匀，铸造冷却中产生铸造应力，铸造后进行自然时效处理；自然时效处理；q精密机床支承件，粗加工前自然时效，粗加工后人工时效，精密机床支承件，粗加工前自然时效，粗加工后人工时效，充分消除铸造应力。充分消除铸造应力。q床身、立柱、横梁等进行振动时效，消除内应力

28、。床身、立柱、横梁等进行振动时效，消除内应力。3.2.3 支承件材料支承件材料机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 机械工程学院机械工程学院2、钢材钢板和型钢焊接成支承件钢板和型钢焊接成支承件特点：特点：q 钢件的抗弯刚度大于铸铁件；钢件的抗弯刚度大于铸铁件；q 满足刚度要求时，钢件比铸件壁厚薄一半，重量减轻满足刚度要求时，钢件比铸件壁厚薄一半，重量减轻2030%。但是。但是阻尼为铸件的阻尼为铸件的1/3,抗振性能差。抗振性能差。q 适合于生产数量少，品种多的大型床身的制造。适合于生产数量少，品种多的大型床身的制造。3、预应力钢筋混凝土4、天然花岗岩机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院

29、 机械工程学院机械工程学院5、树脂混凝土人造花岗岩特点：特点：q阻尼比阻尼比是灰口铸铁的是灰口铸铁的810倍，抗振性好。倍，抗振性好。q耐腐蚀耐腐蚀性好。与金属粘结能力强，可预埋金属件，减少性好。与金属粘结能力强，可预埋金属件，减少金属加工量。金属加工量。q浇筑的床身浇筑的床身静刚度静刚度比铸铁高比铸铁高1640%。q可增加钢筋或加强纤维，提高可增加钢筋或加强纤维，提高抗拉强度抗拉强度。q钢板焊接框架，充填树脂混凝土，适合构成、中型机床钢板焊接框架，充填树脂混凝土，适合构成、中型机床的支承件。的支承件。机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 机械工程学院机械工程学院1、提高支承件的静刚度和固

30、有频率；、提高支承件的静刚度和固有频率；2、提高动态性能；、提高动态性能； （1）改善阻尼特性：填充型砂或混凝土等）改善阻尼特性：填充型砂或混凝土等 （2）采用新材料：树脂混凝土）采用新材料：树脂混凝土3、提高热稳定性；、提高热稳定性； （1）控制温升）控制温升 （2）采用热对称结构）采用热对称结构 （3）采用热补偿装置）采用热补偿装置 （4）减少热变形材料的体积）减少热变形材料的体积3.2.4 提高支承件结构性能的措施提高支承件结构性能的措施机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 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

31、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、提高道轨精度、刚度和耐磨性的措施机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 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

32、导轨的工作面始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。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。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西安航空学院西安航空学院 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，实际运动轨迹与给导轨副在空载荷或

33、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；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、导轨的结构形式、导轨和支包括导轨的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；精度保持性；低速运动平稳；结构简单、工艺性好承载能力大，刚度好；精度保持性；低速运动平稳；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

34、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：机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 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、燕尾形和圆柱形矩形、三角形、燕尾形和圆柱形，它们可互相组合，每种导，它们可互相组合，每种导轨副中还有凹、凸之分。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、大、刚度刚度高、制造简单、检验和维修方便

35、等优点高、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的机床 （2）三角形导轨：磨损时）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，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。两种。注：注：“”为支承面，“”为导向面，“”为压板面 机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 机械工程学院机械工程学院 3.3.2

36、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注：注：“”为支承面，“”为导向面，“”为压板面 （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：承载较大的）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，导轨的高度较小，结构紧凑，间隙调整方便。但刚间隙调整方便。但刚 度性较差，加工检验维修都不大方便。适于受力小、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。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，但磨损后较难调整和补偿间隙制造方便，工艺性好，但磨损

37、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。主要用于受轴向负荷的导轨，应用较少。机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 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 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，但不能承受径向力。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。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

38、种回转运动导轨的机床，如高速大载荷立式车床等高速大载荷立式车床等。平面环形导轨平面环形导轨机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 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。导向性比平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。面环形导轨好，但制造较难。v 适用于适

39、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。机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 机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西安航空学院西安航空学院 机械工程学院机械工程学院 3.3

40、.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、检验和维修工艺性差，加工、检验和维修不方便。不方便。v 常用于常用于在精度要求较高的机床在精度要求较高的机床中，如丝杠车

41、床、导轨磨床、中，如丝杠车床、导轨磨床、齿轮磨床等。齿轮磨床等。机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 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

42、单。v 常用于在普通精度机床和重型机常用于在普通精度机床和重型机床中，如重型车床、组合机床、床中，如重型车床、组合机床、升降台铣床等。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西安航空学院西安航空学院 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、

43、磨床、龙门铣床的床身导轨。4、矩形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。机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 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 导轨面间的间隙对机床工作性能有直接影响，如果间隙过大，经影响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

44、。因此必运动精度和平稳性；间隙过小，运动阻力大，导轨的磨损加快。因此必须保须保 证导轨具有合理间隙，磨损后又能方便地调整证导轨具有合理间隙，磨损后又能方便地调整,导轨常用压板、鑲条导轨常用压板、鑲条来调整。来调整。 （1）压板用来调整导轨面的间隙和承受颠覆力矩。）压板用来调整导轨面的间隙和承受颠覆力矩。 （2）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）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和斜鑲条两种。平鑲条和斜鑲条两种。 （3）导向调整板：）导向调整板： 机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 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

45、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西安航空学院西安航空学院 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。 机械制造装备设计西安航空学院

46、西安航空学院 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分别与动导轨和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，常用斜度在支撑导轨接触，调整导轨间隙，常用斜度在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。机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 机械工程学院机械工程学院 3.3.3 3.3.3 导轨的结

47、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 滑动导轨具有一定动压效应的混合摩擦状态。滑动导轨具有一定动压效应的混合摩擦状态。导轨的动压效应主要与导导轨的动压效应主要与导轨的摩擦速度、润滑油粘度、导轨面的油沟尺寸和型式等有关轨的摩擦速度、润滑油粘度、导轨面的油沟尺寸和型式等有关。速度较高的。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。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。是结构简单、制造方便和抗振性好。 缺点缺点是磨损快。是磨损快。 为提高耐磨性

48、，广泛采用塑料导轨和鑲钢导轨。塑料为提高耐磨性，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。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）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）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）板的导热性） 鑲钢导轨（分段镶嵌）鑲钢导轨（分段镶嵌）机械制造装备设计西安航空学院西安航空学院 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式两大类。静压导轨按结构形式分开式和闭式两大类。（三）卸荷导轨（三）卸荷导轨 卸荷导轨用来降低导轨面的压力，减少摩擦阻力，从而提高导轨的耐磨卸荷导轨用来降低导轨面的压力，减少摩擦阻力，从而提高导轨的耐磨性和低速运动的平稳性，尤其是对大、重型机床来说，工作台和工件的质性和低速运动的平稳性，尤其是对大、重型机床来说，工作台和工件的质量很大量很大, 导轨面上的摩擦阻力很大，常用卸荷导