机械制造装备技术电子课件第三章

第三章机床主要部件设计

§3-1主轴组件设计§3-2支承件设计§3-3导轨设计§3-4滚珠丝杠螺母副机构本节基本要求与重点：1、掌握主轴组件的定义、组成、功用及其基本要求；2、了解主轴外形的特点、内孔的用途，以及主轴的热处理方式；掌握主轴材料的选择原则；3、掌握两支承主轴轴承配置形式适应的三个要求，以及三支承主轴的采用条件；§3-1主轴组件设计本节难点：主轴的轴向定位及其轴向力的传递。

4、掌握三种主轴轴向定位方式的优缺点及适用范围；5、了解电主轴的基本概念及结构。一、定义、组成、功用和基本要求1、定义：机床上回转运动的执行件。2、组成主轴主轴上轴承传动件定位件。3、功用安装并支承工件或刀具；带动工件或刀具完成表面成形运动；传递转矩、承受切削力和驱动力等载荷。4.主轴与传动轴的关系相同点①传递载荷②保证传动件和支撑正常工作

不同点①承受切削力②成形运动所以，要求更高。5、基本要求精度保持性温升与热变形动刚度静刚度旋转精度静止或低速空载状态下，工件或刀具的安装基面上的全跳动值。在外加静载荷作用下，抵抗变形的能力。

在额定载荷下切削时，抵抗变形的能力。因各相对运动处的摩擦和搅油而发热，产生温升。温升使其形状和位置发生变化－热变形。长期保持其原始制造精度的能力。1.旋转精度：静止或低速空载状态下，工件或刀具的安装基面上的全跳动值。旋转精度主要取决于各个主要零件的制造、装配和调整精度。

通用机床—查阅各类机床的精度检验标准。2.刚度：在外加静载荷作用下，机床或部、组、零件抵抗变形的能力。以使主轴前端产生单位位移的弹性变形时，在位移方向所施加的力来表示K=F/Y。单位N/um.刚度分为静刚度和动刚度。3.温升与热变形4.精度保持性二．主轴滚动轴承滚动轴承是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件。1、滚动轴承的组成（组成、拆装视频）轴承圈套自动加工视频/v/b/72329548-2369715250.html2、滚动轴承的特点3、主轴滚动轴承的类型选择轴承按其滚动体的种类，分为：⑴球轴承----滚动体为球：⑵滚子轴承----滚动体为滚子。

e.g.圆柱、圆锥、滚针3）当滚动轴承受纯轴向载荷时，一般选用推力轴承；4）当滚动轴承受纯径向载荷时，一般选用深沟球轴承或短圆柱滚子轴承；5）当滚动轴承即受轴向载荷，又受径向载荷时：②受纯径向载荷的同时，还有不大的轴向载荷时，可选用深沟球轴承③受纯轴向载荷的同时，还有不大的径向载荷时，采用两种不同类型的轴承相组合①⑹欣赏发动机轴承视频常见轴承㈠双列圆柱滚子轴承圆柱滚子轴承

负荷能力大，主要承受径向负荷。滚动体与套圈挡边摩擦小，适于高速旋转。圆柱滚子轴承特点：

1.径向承载能力大，适用于承受重负荷与冲击负荷。

2.摩擦系数小，适合高速，极限转速接近深沟球轴承。

3.内圈或外圈无挡边的圆柱滚子轴承，可作自由端支承使用。4.内圈或外圈可分离，便于安装和拆卸。圆柱滚子轴承类别:｛单列圆柱滚子轴承：可分离轴承，便于安装和拆卸，两个套圈都可以采用紧配合，修正的滚子和滚道之间的接触线可以减小应力集中。双列圆柱滚子轴承：属于游动轴承，其可分离性使安装和拆卸很方便。两个套圈均可以采用紧配合。双列圆柱滚子轴承几乎不允许有倾斜角㈡双向推力角接触球轴承推力轴承是用来专门承受轴向力的专用轴承也称作止推轴承.推力轴承分为推力滚子轴承用于承受轴向载荷为主的轴、径向联合载荷，但径向载荷不得超过轴向载荷的55%。与其他推力滚子轴承相比，此种轴承摩擦因数较低，转速较高，并具有调心性能。推力球轴承不能承受径向负荷，只能够承受轴向负荷。单向推力球轴承可以限制轴和壳体的一个方向的轴向位移，双向推力球轴承可以限制两个方向的轴向位移。推力角接触球轴承接触角一般为60°。常用的一般为双向推力角接触球轴承。主要用于精密机床主轴。一般与双列圆柱滚子轴承一起配合使用，可承受双向轴向载荷。具有精度高，刚性好，温升低，转速高，装拆方便等优点。按轴承用于承受的外载荷不同来分类滚动轴承向心轴承

推力轴承

向心推力轴承

向心推力轴承，接触角越大，轴向负荷的承受能力越大。接触角越小，则越有利于高速旋转。

通常，将二个轴承对置，调整内部游隙后使用㈢角接触球轴承同时承受径向负荷和轴向负荷。高精度和高速轴承通常取15度接触角。在轴向力作用下，接触角会增大。成对的角接触型轴承的安装有如下几种方式：㈣双列圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承可以承受大的径向载荷和轴向载荷。由于圆锥滚子轴承只能传递单向轴向载荷。因此，为传递相反方向的轴向载荷就需要另一个与之对称安装的圆锥滚子轴承。双列圆锥轴承㈤陶瓷滚动轴承一．定义

当滚动体采用陶瓷材料后，此滚动轴承就定义为陶瓷球轴承。二、特点：①转速高。是一般轴承的转速1.5倍以上的转速

（陶瓷与深沟球轴承摩擦系数比较见视频）②耐高温。普通轴承的温度160度,陶瓷球的可以达到220度③寿命长。使用寿命是普通轴承的2-3倍.

④弹性模量大。⑤绝缘三．应用①陶瓷钢混制轴承。

可以提高机床传动的平稳性，从而提高加工精度。这种轴承主要用在机床的一些电主轴上。主要是起绝缘的效果②全陶瓷轴承。主要适用于耐高温、耐腐蚀、非磁性、电绝缘、要求减轻重量和超高速场合。㈥磁悬浮轴承（磁力轴承）定义：磁悬浮轴承是利用磁力来支撑运动部件，使其与固定部件脱离接触实现轴承功能。特点：机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染适用于高速、真空、超净等特殊环境中。磁悬浮事实上只是一种辅助功能，具体应用还得配合其它的轴承形式。（磁悬浮轴承实验、超导磁悬浮列车、液氮磁悬浮列车、清华大学演示实验-超导磁悬浮列车模型、液氮的用途、液氮低温冷冻实验视频）上海磁悬浮列车二、主轴1、主轴的结构主轴的结构和形状主要取决于主轴所安装的刀具、夹具、传动件、轴承及密封装置等的类型、数目、位置和安装方法，同时还要考虑主轴的加工和装配工艺性。机床主轴的示意图

主轴的外形为阶梯轴主轴端部的形状与尺寸已经标准化。内孔：用于通过棒料、拉杆和取出顶尖。主轴材料的选择依据2、主轴的材料及热处理耐磨性热处理方法热处理后的变形大小保证足够的刚度和强度便于轴上零件的装卸得到足够多的止推面微晶玻璃陶瓷3.主轴的技术要求⑴满足主轴旋转精度要求二．结构设计1.主轴的支撑数目立式车床专用立车卧式镗床⑵

坐标镗床（3）金刚镗床：（视频）D1、d、L、a定义d/D=w。w为刚度衰减系数。规定w≤0.7.一般车床主轴w≤0.55-0.6数控车床支承件床身拖板箱体箱体（床脚）接触刚度所具有的性能：

从表中可看出：1）无论圆形、方形或矩形，都是空心截面的刚度比实心的大，因此，床身截面应作成中空形状。

2）保持横截面不变，加大外廓尺寸，减少壁厚，可提高截面抗弯、抗扭刚度。

3)封闭截面比不封闭截面刚度大。

截面形状与惯性矩的关系(截面积＝10000mm2）

截面形状与惯性矩的关系(截面积＝10000mm2）

4)圆形截面的抗扭刚度好，而抗弯刚度较差；而方形截面正相反。5)矩形截面的抗弯刚度＞方形截面。因此，以承受弯矩为主的支承件截面应采用矩形。

麻花钻空心钻

卧式床身常见截面形状(a)三面封闭式截面．(b)三面封闭的截面(c)两面封闭式截面(d)重型机床的床身截面(e)圆形截面(f)对称方形截面(g)对称矩形截面(h)矩形截面机床立柱（立式床身）常见截面形状提高不封闭件的静刚度措施：第三节导轨的设计三、主轴滚动轴承1、基本要求旋转精度、刚度高，承载能力大；温升小、噪声低；速度性能好，抗振性好，寿命长；结构紧凑，调整和维修方便。主轴轴承是主轴组件的重要组成部分。它的类型、配置、精度、安装、调整和润滑都直接影响到主轴组件的工作性能。2、滚动轴承的特点优点能适应很大的变速范围，并能满足主轴组件旋转精度、刚度和工作温度的要求；滚动轴承由专业工厂生产，质量稳定，成本低，经济性好；容易润滑。缺点滚动体数目有限，工作时刚度发生变化，易产生振动和噪声；滚动轴承摩擦力大(f=0.002~0.008;)，阻尼比小（ξ=0.02~0.04）；径向尺寸较大。3、常用的主轴滚动轴承了解轴承的结构、性能、使用及间隙调整等方面的特点。

双列圆柱滚子轴承

双向推力角接触球轴承

角接触轴承

角接触球轴承的组合

双列圆锥轴承Gamet轴承-H系列

Gamet轴承-P系列特点：陶瓷滚动轴承的材料为氮化硅(Si3N4)，密度小、线膨胀系数小、弹性模量大。常用类型滚动体用陶瓷材料制成，而内、外圈仍用轴承钢制造；滚动体和内圈用陶瓷材料制成，外圈用轴承钢制造；全陶瓷轴承，即滚动体、内外圈全都用陶瓷材料制成。陶瓷滚动轴承4．轴承的精度选择轴承的精度，应采用P2、P4、P5级和SP、UP级。SP、UP级轴承的旋转精度相当于P4、P2，内外圈的尺寸精度比旋转精度低一级，相当于P5、P4级。这是因为轴承的工作精度主要取决于旋转精度，主轴支承轴颈和箱体轴承孔可按一定配合要求配作，适当降低轴承内外圈的尺寸精度可降低成本。

切削力方向固定不变的主轴，如：车床、铣床、磨床等，通过滚动体，始终间接地与切削力方向上的外圈滚道表面的一条线（线接触轴承）或一点（球轴承）接触，由于滚动体是大批量生产，且直径小，圆柱度误差小，其圆度误差可忽略，因此，决定主轴旋转精度的是轴承的内圈径向圆跳动，即内圈滚道表面相对于轴承内径轴线的同轴度。

切削力方向随主轴的旋转同步变化的主轴，主轴支承轴颈的某一条线或点间接地跟半径方向上的外圈滚道表面对应的线或点接触，影响主轴旋转精度的因素为轴承内圈的径向圆跳动、滚动体的圆度误差、外圈的径向圆跳动。由于轴承内圈滚道直径小，且滚道外表面磨削精度高，因而误差较小，主轴旋转精度主要取决于外圈的径向圆跳动，即外圈滚道表面相对于轴承外径轴线的同轴度；

前轴承的精度对主轴的影响较大。故前轴承的精度应比后轴承高一级。

切削力方向固定不变的机床，主轴轴承精度选择

机床精度等级前轴承后轴承普通精度级P5或P4（SP）P5或P4（SP）精密级机床P4（SP）或P2（UP）P4（SP）高精度机床P2（UP）P2（UP）主轴组件设计滚动轴承

切削力方向随主轴旋转而同步变化的主轴，轴承按外圈径向圆跳动选择。

由于外径尺寸较大，相同精度时误差大，若保持径向圆跳动值不变，可按内圈高一级的轴承精度选择。

主轴组件设计滚动轴承5．轴承刚度轴承存在间隙时，只有切削力方向上的少数几个滚动体承载，径向承载能力和刚度极低；轴承零间隙时，在外载作用下，轴线沿方向移动一距离，对应的半圈滚动体承载，处于外载作用线上的滚动体受力最大，其载荷是滚动体平均载荷的5倍，滚动体的载荷随着与外载作用线距离的增大而减小；轴承受轴向载荷时，各滚动体承受的轴向力相等。滚动体受力方向在接触线上。主轴组件设计滚动轴承轴承所承受的径向力、轴向力分别为、，单个滚动体所承受的最大载荷、分别为球轴承的钢球直径为，在外载作用下轴承的变形为

主轴组件设计滚动轴承

滚子轴承线接触的长度（滚子不包括两端倒角宽度的长度）为，在外载作用下的变形为滚子轴承的刚度为：

主轴组件设计滚动轴承零间隙时球轴承的刚度为：主轴组件设计滚动轴承

计算轴承刚度时，若载荷无法确定，可取该轴承额定动载荷的1/10代替外载。线接触轴承，载荷的0.1次幂与刚度成正比，对刚度的影响较小。计算刚度时，可忽略预紧载荷。点接触轴承，载荷的1/3次幂与刚度成正比，预紧力对轴承刚度影响较大，计算刚度时应考虑预紧力。有预紧力时，径向和轴向载荷分别是：主轴组件设计滚动轴承

轴承承载后不受力一侧的滚动体仍能保持与滚道接触。滚子包络圆直径与外圈滚道孔径之差5～10

四、主轴组件1、传动方式及传动件的布置⑴带传动安装位置带传动装置大多装在主轴尾部，以防止皮带沾油和便于皮带更换。为了改善主轴的受力变形情况，有时也采用卸荷式结构。特点运动平稳，中心距容易调节，磨损后易于更换；传递扭矩较小，易打滑，需有可靠的防护设备。多楔带传动多楔带轮⑵齿轮传动安装位置主轴上传动齿轮一般安置在主轴支承之间，并尽量安置在靠近主轴前支承处。特点能传递大的扭矩，但线速度受到限制且传动不够平稳。⑶电动机直接驱动转速≤3000（r/min）的主轴异步电动机＋变极调速内圆磨床电主轴定子转子后轴承主轴前轴承转速≤8000（r/min）的主轴变频调速电动机高速主轴高速电主轴2、两支承主轴组件⑴轴承配置原则①适应刚度和承载能力要求按刚度和承载能力②适应转速要求按允许最高转速圆柱、圆锥轴承＞球轴承双列轴承＞单列轴承多个轴承＞单个轴承球轴承＞圆柱轴承圆柱轴承＞圆锥轴承小轴承＞大轴承精密轴承＞一般轴承

③适应精度要求：主轴轴向定位方式直接影响主轴组件的轴向位置精度。⑵主轴轴向定位前端定位：前支承结构复杂，受力大，温升高，热膨胀后向后伸长，对主轴前端位置影响较小。用于轴向精度和刚度要求较高的机床。

后端定位：结构简单，热膨胀后向前伸长，影响主轴组件的轴向精度。多用于普通精度级的机床。

两端定位：构造简单，但热膨胀后将产生轴向松动（弯曲），常用于较短的主轴或轴向间隙不影响正常工作的机床。推力轴承配置形式的比较⑶典型主轴组件及其轴向力的传递装Gamet轴承的卧式车床主轴组件（前端定位）

刚度型－CNC车床主轴组件（前端定位）

刚度型－多刀车床主轴组件（后端定位）速度型－内圆磨头（两端定位）⑴采用条件由于结构设计的原因，导致主轴箱长度较长，应增加一个支承来提高主轴组件的刚度和抗振性。3、三支承主轴组件主支承⑵典型结构辅助支承4、高速电主轴组件

产生背景

高速切削

模块化和结构简化

结构紧凑、占空间小

基本组成电主轴高频变频装置油雾润滑器冷却装置内置编码器换刀装置5、采用其他轴承的主轴组件

采用动压滑动轴承的主轴组件滑动轴承特点：运转中阻尼性能好，有良好的抗振性，运动平稳，能获得很高的加工精度和表面粗糙度。固定多油楔动压滑动轴承的主轴组件

采用静压滑动轴承的主轴组件静压轴承原理图

采用磁悬浮轴承的主轴组件

磁悬浮轴承利用磁力来支承运动部件使其与固定部件脱离接触来实现轴承功能。转子定子电磁铁位置传感器磁悬浮轴承的工作原理工作原理：工作时定子线圈产生磁场，将转子悬浮起来。四个位置传感器连续检测转子的位置，如果转子中心发生偏离，则位置传感器将测得的偏差信号输送给控制装置，通过控制装置调整定子线圈的励磁功率，以保证转子中心回到理想中心位置。磁悬浮轴承支承系统结构简图6、主轴组件设计主轴参数与实心主轴惯性矩的比值为（1）主轴内孔直径的确定许多机床都是空心主轴，由力学可知，外径为、内径为的空心轴的惯性矩为主轴组件设计主轴参数ω0.50.60.70.750.8刚度损失%6.2512.9624.0131.6440.96从表中可看出，ω＞0.7，刚度衰减加快。因此机床上规定ω≤0.7。6、主轴组件设计主轴参数

（2）主轴前端部悬伸量的确定主轴前端部悬伸量是指主轴定位基面至前支承径向支反力作用点之间的距离。悬伸量一般取决于主轴端部的结构形式和尺寸、主轴轴承的布置形式及密封形式。在满足结构要求的前提下，应尽量减少悬伸量，提高主轴的刚度。初步确定时可取。6、主轴组件设计主轴参数

为缩短悬伸量，主轴前端部可采用短锥结构；推力轴承放在前支承内侧，采用角接触轴承取代径向轴承，接触线与主轴轴线的交点在前支承前面。

推力轴承和主轴传动件产生位置矛盾时，由于悬伸量对主轴刚度的影响大，应首先考虑悬伸量，使传动件距前支承略远一些。6、主轴组件设计主轴参数（3）主轴支承跨距的确定主轴组件的刚度主要取决于主轴的自身刚度和主轴的支承刚度。主轴自身的刚度与支承跨距成反比，即在主轴轴颈、悬伸量等参数一定时，跨距越大，主轴端部变形越大；主轴轴承弹性变形引起的主轴端部变形，则随跨距的增大而减小，即跨距越大，轴承刚度对主轴端部的影响越小。6、主轴组件设计主轴参数6、主轴组件设计主轴参数主轴端部变形为

前后支承的变形量、分别为6、主轴组件设计主轴参数刚性主轴弹性支承引起的主轴端部变形为主轴端部的总挠度为6、主轴组件设计主轴参数主轴组件的柔度为柔度的二阶导数为柔度的二阶导数大于零，因此，主轴组件存在最小柔度

6、主轴组件设计主轴参数当柔度一阶导数等于零时，主轴组件刚度为最大值，这时的跨距应为最佳跨距。即

整理后得6、主轴组件设计刚度校核（4）主轴组件的刚度校核结构设计完成后，所有的结构和尺寸参数已经确定，由于主轴组件是机床最关键的部件之一，因此必须校核计算主轴组件在计算转速、额定载荷时的刚度或挠度。主轴组件校核时支承点的确定，径向轴承（深沟球轴承、圆柱滚子轴承或双列圆柱滚子轴承）简化后的支承点在轴承宽度的中部。

6主轴组件设计主轴参数7、主轴组件设计静刚度校核

（1）对主轴组件静刚度校核

当量直径

主轴的当量惯性矩

主轴弹性变形引起的轴端变形7、主轴组件设计静刚度校核

由于，相对较大，引起的轴端变形小，对主轴刚度的影响较轻，故初步校核计算时可忽略主轴悬伸部分变形而引起的端部变形。只有的计算结果接近或大于要求值时，才详细计算。将替代进行计算。即主轴自身的刚度为

6、主轴组件设计静刚度校核轴承的弹性变形引起的主轴端部的变形为

由于后轴承相对刚度较大，承受的负载相对较轻，故变形小，且对主轴端部的影响也小。初步校核刚度时，可忽略后轴承造成的影响。§3-2支承件设计本节基本要求与重点：1、掌握支承件受力变形及其对工件加工精度的影响；2、掌握提高支承件静刚度的措施；3、了解隔板、加强筋的分类及各自的特点；4、了解支承件常用的材料及其特性。

一、定义、功用和基本要求1、定义：床身、立柱、横梁、底座等尺寸大、重量大的零件。2、功用支承其上的其他零部件；保证并保持各零部件的相互位置和相对运动关系；承受切削力、摩擦力、夹紧力等载荷；有时容纳变速机构、电动机、电气箱、切削液、润滑油等。数控车床支承件床身拖板箱体箱体（床脚）基本要求其他方面内应力热变形抗振性静刚度自身刚度局部刚度接触刚度具有足够的静刚度和较高的刚度—重量比抵抗受迫振动抵抗自激振动

具有较好的热变形特性。具有较小的内应力。排屑、操纵、油液回收、加工及装配工艺性、吊装等。二、静力分析1、目的：分析支承件的受载情况、产生的变形及由之引起的加工误差，从而有效地进行支承件的结构设计。2、机床受力的类型类型中、小型机床精密和高精度机床大型机床主要载荷切削力移动件重力、热应力切削力、工件和移动部件重力可忽略载荷工件重量、移动部件重量切削力

适用机床中型车床、铣床、钻床、加工中心双柱立式坐标镗床重型车床、落地镗铣床、龙门式机床3、静力分析

受力变形

竖直面内的弯矩和弯曲变形水平面内的弯矩和弯曲变形横截面内的转矩和扭转变形FzFyFzFy受力情况

变形影响竖直面内变形可忽略不计。水平面内的变形近似1∶1地反映到工件半径误差上；且各处的变形量不同，使工件产生腰鼓形。扭转变形同水平面内的变形相近。结论：应根据水平面内的弯曲变形、扭转变形进行结构设计。受力变形

竖直面内的弯矩和弯曲变形水平面内的弯矩和弯曲变形横截面内的转矩和扭转变形FyFzFyFz受力情况

三、提高支承件静刚度的措施1、正确选择截面的形状和尺寸

——提高支承件的自身刚度

支承件承受的载荷主要是弯矩和扭矩，产生的变形主要是弯、扭变形。在其他条件相同时，抗弯、抗扭刚度与截面惯性矩有关。同一材料截面积相等而形状不同时，截面惯性矩相差很大，合理选择截面惯性矩可提高支承件自身刚度。从表中可看出：1）无论圆形、方形或矩形，都是空心截面的刚度比实心的大，因此，床身截面应作成中空形状。

2）保持横截面不变，加大外廓尺寸，减少壁厚，可提高截面抗弯、抗扭刚度。

3)封闭截面比不封闭截面刚度大。

截面形状与惯性矩的关系(截面积＝10000mm2）

支承件的结构设计表3-9

截面形状与惯性矩的关系截面形状833246041706930%1043085218661406415170375590%88259440350截面形状与惯性矩的关系(截面积＝10000mm2）

4)圆形截面的抗扭刚度好，而抗弯刚度较差；而方形截面正相反。5)矩形截面的抗弯刚度＞方形截面。因此，以承受弯矩为主的支承件截面应采用矩形。

卧式床身常见截面形状(a)三面封闭式截面．主要用于无升降台铣床、龙门铣床及龙门刨床等，因不需要从床身排屑，所以顶面封闭。(b)三面封闭的截面，内部可用于存储润滑油或冷却液，安装传动机构，主要用于载荷较小的机床，如磨床等。(c)两面封闭式截面，便于排除切屑和冷却液，但刚度较低，常用于中小型车床。(d)重型机床的床身截面，有三个床壁，适于承受重载。(e)圆形截面抗扭刚度高，抗弯刚度差，适于载荷不大的机床，如摇臂钻床、台式钻床等。(f)对称方形截面，内部有加强筋和隔板．抗弯抗扭刚度都很高，用于承受复杂的空间载荷，如铣床和镗床的立柱。(g)对称矩形截面，抗弯刚度高，用于承受弯曲载荷较大的机床，如中、大型单抽或多轴立式钻床、组合机床等。(h)矩形截面，内部设有加强筋，抗弯刚度高，主要用在龙门机床上。机床立柱（立式床身）常见截面形状2、合理布置隔板（肋板）—提高支承件的自身刚度使用条件薄壁封闭截面的支承件非全封闭截面的支承件支承件截面形状和尺寸受到结构上的限制定义：在支承件两外壁之间起连接作用的内板。

目的将支承件外壁的局部载荷传递给其他壁板，使它们均衡地承担载荷；将外壁的弯曲变形转化为隔板的拉伸和压缩变形，从而阻止外壁的弯曲变形。

类型及其作用作用：提高抗弯刚度。纵向隔板:纵向隔板的布置布置弯曲平面内（见下图（a））横向隔板的布置横向隔板：将支承件的外壁横向连接起来。作用：提高抗扭刚度。斜向隔板：提高抗弯、抗扭刚度。普通车床斜向隔板的布置未加斜向隔板的变形情况加斜向隔板的变形情况车床床身的几种隔板形式普通车床床身隔板的布置措施：

数控车床床身截面高速、强力切削车床及数控车床床身隔板的布置关键问题主体部分采用封闭截面，不但提高了刚度，且能自由排屑，但铸造较困难；将导轨做成倾斜的。刚度排屑3、合理开孔和加盖—

提高支承件的自身刚度原因：为了安装机件和清沙，在支承件外壁及隔板上需做出各种窗孔；其形状、大小和位置，将影响支承件的刚度，尤其是抗扭刚度。

开孔的位置大小：一般要求开孔在支承件壁几何中心附近或在中心线附近交叉布置，孔宽和孔径以不大于壁宽的0.25倍为宜。

加盖：开孔对抗弯刚度影响较小。开孔后加盖并用螺钉拧紧，可将抗弯刚度恢复到接近未开孔时的程度；采用嵌入盖比面覆盖要好。开孔对抗扭刚度影响较大，加盖后可恢复到原来的35%～41%。开孔和加盖对刚度的影响4、合理布置加强筋

—提高支承件的局部刚度

位置：配置在支承件的内壁上。

目的：减小载荷较集中结构处的局部变形和薄壁振动，提高支承件的局部刚度。形式加强筋布置方式导轨与床身连接处的结构5、提高支承件接触刚度的措施活动接触面固定接触面影响因素接触面的几何精度接触面的表面粗糙度

措施配磨或刮研

目的接触点分布均匀增加实际接触面积变形位置接触面的接触变形固定螺钉的变形支承件连接凸缘的局部变形

措施提高接触面的表面粗糙度

增加固定螺钉的直径和数量选择适当的连接结构（图）支承件连接部位的形式局部刚度最好;应用广泛;占地面积小;外形美观;铸造因难。结构简单；容易铸造；局部刚度差；增加凸缘厚度虽可提高刚度，但连接螺钉随之加长，降低连接刚度。在凸缘上设置加强筋;铸造较容易;局部刚度得到提高。四、支承件的材料常用材料1、铸铁（灰铸铁）铸造性能好，容易获得复杂形状；内摩擦大，阻尼系数大，振动衰减性好；成本低，制造周期长；适用于大批大量生产的机床支承件。铸铁钢天然花岗岩预应力钢筋混凝土树脂混凝土2、钢生产周期短，省去制作木模和铸造工艺；无截面形状限制，可焊成封闭件，刚性好；可根据受力情况布置或增加隔板、加强筋，提高刚度；固有频率高；在刚度相同时，壁厚可为铸铁一半，重量轻；阻尼约为铸铁的l/3，抗振性较差；适用于单件、小批，大型、重型或有特殊要求的支承件。3、预应力钢筋混凝土支承件的刚度和阻尼比铸铁大几倍，抗振性好，成本较低。脆性大，耐腐蚀性差，油渗入导致材质疏松；表面需进行喷漆或喷塑处理。适用于受载均匀、截面积大、减振要求高的支承件。数控车床的底座和床身4、天然花岗岩热稳定性好，导热系数和线胀系数小，抗氧化性强，不导电，抗磁，与金属不粘合。精度保持性好，耐磨性比铸铁高5～6倍抗振性好，阻尼系数比钢大15倍，加工方便，通过研磨和抛光容易得到很高的精度和表面粗糙度。抗冲击性能差，脆性大，油和水等液体易渗入晶界中，使表面局部变形胀大，难于制作复杂的零件。适用于三坐标测量机、印制电路板数控钻床、气浮导轨基座等。5、树脂混凝土（人造花岗岩）

用树脂和稀释剂代替水泥和水，将骨料固结成为树脂混疑土，也称人造花岗岩。特点：刚度高；具有良好的阻尼性能，阻尼比为灰铸铁的8～10倍，抗振性好；热容量大，热传导率低，导热系数只为铸铁的1/25～1/40，热稳定性高，其构件热变形小；比重为铸铁的l／3，质量轻；种类：细骨料(河沙、硅沙)粗骨料(卵石、花岗岩、石灰石等碎石)。

可获得良好的几何形状精度，表面精糙度也较低；对切削油、润滑剂、冷却液有极好的耐腐蚀性；与金属粘接力强，可根据不同的结构要求，预埋金属件，使机械加工量减少，降低成本；浇注时无大气污染，符合生态学要求；生产周期短，工艺流程短；浇注出的床身静刚度比铸铁床身提高16％~40％。缺点是某些力学性能低，但可以预埋金属或添加加强纤维。在高速、高效、高精度加工机床具有广泛的应用前景。§3-3导轨设计本节基本要求与重点：1、理解导轨的分类和基本要求；2、理解直线运动导轨四种不同截面形状的特点；3、掌握导轨间隙的调整方法，以及压板和镶条的不同型式及其特点；4、了解滚动导轨的类型及结构特点。本节难点：导轨间隙的调整方法。一、定义、功用、分类及其基本要求定义：导轨面是机床上作相对运动的两个配合面，因此也称“导轨副”。运动的配合面称为动导轨，而固定的配合面称为固定导轨。功用：支承和引导运动部件沿一定的轨迹运动。

导轨示意图导轨副导轨副运动件（工作台）固定件（床身）导轨的分类按运动轨迹分类按工作性质分类按摩擦性质分类按受力情况分类直线运动导轨圆周运动导轨主运动导轨进给运动导轨移置导轨滑动导轨滚动导轨开式导轨闭式导轨普通滑动导轨液体动压导轨液体静压导轨：不能承受较大颠覆力矩的作用：借助于压板使导轨能承受较大的颠覆力矩作用。开式导轨和闭式导轨（a）开式导轨（b）闭式导轨基本要求

基本要求其他方面低速运动平稳性刚度耐磨性导向精度垂直面内的直线度水平面内的直线度两导轨之间平行度

运动部件沿导轨运动时的准确度。

在长期使用中保持其导向精度的能力。导轨在外载荷作用下抵抗变形的能力。导轨低速运动或微量位移时不出现爬行现象。

结构简单、工艺性好。二、导轨的截面与组合1、直线滑动导轨的截面形状矩形三角形燕尾形圆形注：“－”为支承面，“－”为导向面，“－”为压板面

类型矩形三角形燕尾形圆形特点制造简单，刚度和承载能力大；水平方向和垂直方向上的位移互不影响，安装、调整方便；导向面磨损后不能自动补偿间隙。在垂直载荷作用下，导轨磨损后能自动补偿，导向性好；压板面需有间隙调整装置；顶角增大，承载力增加，但导向精度差。磨损后不能自动补偿间隙，需用间隙调整装置；两燕尾面起压板面作用，用一根镶条就可调整水平、垂直方向的间隙；导轨制造、检验和修理较复杂摩擦阻力大。制造简单，内孔可珩磨，外圆经过磨削可达到精密配合；磨损后调整间隙困难。应用普通精度的机床或重型机床。同左一般用于要求高度小的多层移动组合部件，广泛用于仪表机床。用于同时作移动和转动的场合。如拉床、机械手等。不同截面形状导轨的特点

2、回转运动导轨的截面形状平面环形导轨结构简单、制造方便，能承受较大的轴向力，但不能承受径向力。适用于由主轴定心的各种回转运动导轨的机床，如高速大载荷立式车床等。平面环形导轨锥面环形导轨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。适用于承受一定径向载荷和颠覆力矩的场合。锥面环形导轨双锥面环形导轨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。双锥面环形导轨三、导轨的组合形式1、双三角形导轨的组合不需要镶条调整间隙，接触刚度好；导向性和精度保持性好；双三角形组合导轨工艺性差，加工、检验和维修不方便。常用于在精度要求较高的机床中，如丝杠车床、导轨磨床、齿轮磨床等。2、双矩形导轨的组合宽式组合：两条导轨的外侧导向窄式组合：一条导轨的两侧导向承载能力大，制造简单。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、升降台铣床等。导向方式宽式组合窄式组合双矩形组合导轨3、矩形和三角形导轨的组合导向性好，刚度高，制造方便；应用最广，如车床、磨床、龙门铣床的床身导轨。矩形和三角形组合导轨4、矩形和燕尾形导轨的组合这类组合的导轨能承受较大力矩，调整方便；常用于横梁、立柱、摇臂导轨中。注意事项：要求较大刚度和承载能力时，采用矩形导轨；中、小型卧式车床床身是由三角形和矩形导轨的组合；而重型车床上则采用双矩形导轨、以提高承裁能力；要求导向精度高的机床采用三角形导轨。能自动补偿间隙、导向性好；矩形导轨和圆形导轨工艺性好；三角形导轨和燕尾形导轨工艺性差；要求结构紧凑、高度小、调整方便的机床采用燕尾形导轨。四、导轨间隙的调整保证导轨副的导向精度降低对导轨制造公差的要求1、目的导轨装配时导轨磨损后2、间隙调整方法

镶条作用：调整矩形和燕尾形导轨的导向面间隙。种类平镶条斜镶条平镶条间隙调整装置平镶条外形：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。调整方法：通过横向移动来调整间隙。特点：(a)、(b)：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。斜镶条沿其长度方向有一定斜度，靠纵向位移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1∶100～1∶40之间。特点：在全长上两个面分别同动导轨和固定导轨均匀接触；支承面积同调整位置无关；刚度比平镶条高，但加工困难。斜镶条结构斜镶条间隙调整装置斜镶条图(a)－结构简单，但螺钉凸肩和镶条凹槽之间的间隙会引起镶条在往复运动中的窜动，影响导向精度和刚度。图(b)－对图(a)的改进，为避免窜动增加了锁紧螺母3，其结构简单，应用广泛。斜镶条图(c)－通过螺母3、4调整间隙，用螺母5锁紧。工作可靠，但结构相对复杂。图(d)－是通过分别位于镶条两端的螺钉2、3调整间隙，避免了镶条l的窜动，适于镶条较短的场合。斜镶条间隙调整装置压板间隙调整装置1－压板，2－工作台，3－支承面，4－垫片，5－镶块，6－调整螺钉压板作用：用于承受颠覆力矩和调整辅助导轨面间隙。刮研垫片镶块五、直线滚动导轨部件1、滚动导轨：在滑动导轨两导轨面之间放置滚动体而形成的导轨副。直线滚动导轨部件2、特点摩擦系数小(一般为0.0025～0.005)，而且静、动摩擦系数十分接近，运动灵活，具有很高的定位精度；滚动体和导轨的硬度高，润滑良好，具有较高的精度保持性；安装调试简便，具有很高的性能价格比。3、应用场合用于实现微量进给，如外圆磨床砂轮架的移动；用于精密定位，如坐标镗床工作台的移动；用于对运动灵敏度要求高的地方，如数控机床。4、基本组成滑块滑轨端盖钢珠保持器油嘴油管接头滚动循环系统润滑系统防尘系统双刮油片金属刮板底面防尘片滑轨螺栓盖直线滚动导轨的基本组成

齿条一体化直线运动导轨

圆弧运动导轨5、类型宽式直线运动导轨圆柱形直线滚动导轨

6、配置单导轨配置双导轨配置Ⅰ双导轨配置Ⅱ双导轨配置Ⅲ双导轨配置Ⅴ双导轨配置Ⅳ7、安装在使用两个以上导轨条时，其中只能有一个作为基准，其他则作为从动导轨。

导轨无侧向定位面的安装机床受到振动及冲击力作用且要求高刚性高精度的