机械装备设计第3章机床主要部件设计

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3.1主轴组件设计3.1主轴组件设计3.1.1对主轴组件的基本要求3.1.2主轴组件结构设计3.1.3主轴3.1.4主轴滚动轴承3.1.5主轴滑动轴承3.1.1对主轴组件的基本要求1.旋转精度：主轴的旋转精度是指主轴在手动或低速、空载时，主轴前端定位面的径向跳动、端面跳动和轴向窜动值。主轴组件的旋转精度主要取决于主轴、轴承等的制造精度和装配质量。工作转速下的旋转精度还与主轴转速、轴承的设计和性能以及主轴组件的平衡等因素有关。2．抗振性：主轴组件的抗振性是指其抵抗受迫振动和自激振动而保持平稳运转的能力。影响抗振性的主要因素是主轴组件的静刚度、质量分布以及阻尼、主轴组件的固有频率。主轴组件的低阶固有频率与振型是其抗振性的主要评价指标。低阶固有频率应远高于激振频率，使其不容易发生共振。目前，抗振性的指标尚无统一标准，只有一些实验数据供设计时参考。3．刚度：主轴组件的刚度K是指其在承受外载荷时抵抗变形的能力，即K=F／y(单位为N／μm)，刚度的倒数言称为柔度。影响主轴组件刚度的因素很多，如主轴的结构尺寸，滚动轴承的类型、配置及预紧，滑动轴承的型式和油膜刚度，传动件的布置方式，主轴组件的制造和装配质量等。4．温升和热变形：主轴组件工作时由于摩擦和搅油等耗损而产生热量，出现温升。温升使主轴组件的形状和位置发生畸变，称之为热变形。主轴轴承在高速空运转至热稳定状态下允许的温升为：高精度机床8ºC~10ºC，精密机床15ºC~20ºC，普通机床30ºC~40ºC。数控机床可归入精密机床类。影响主轴组件温升、热变形的主要因素是轴承的类型和布置方式；轴承预紧力的大小；润滑方式和散热条件等。5．耐磨性：主轴组件的耐磨性是指长期保持其原始精度的能力，即精度的保持性。影响主轴组件精度保持的主要因素是主轴和轴承的材料及其热处理方式，轴承的类型及润滑防护方式等。3.1.2主轴组件结构设计1、主轴组件的支承数目多数机床的主轴采用前、后两个支承。

特点：结构简单，制造装配方便，容易保证精度。为提高主轴组件的刚度，前后支承应消除间隙或预紧。数控车床主轴组件1、主轴组件的支承数目机床主轴采用三个支承，为提高刚度和抗振性。三支承方式对三支承孔的同心度要求较高，制造装配较复杂。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；也可以前、中支承为主要支承，后支承为辅助支承。在三支承主轴部件中，采用前、中支承为主要支承较多，约占80%。深沟球轴承单列圆柱滚子轴承两个方向的推力轴承都布置在前支承外。在前支承处轴承较多，发热大，温升高；但主轴受热后向后伸长，不影响轴向精度，精度高，对提高主轴部件刚度有利。用于轴向精度和刚度要求较高的高精度机床或数控机床。两个方向的推力轴承配置在前支承的后侧。这类配置方案可减少主轴的悬伸量，并使主轴的热膨胀向后；但前支承结构较复杂，温升也可能较高。两个方向的推力轴承都布置在后支承处。前支承处轴承较少，发热小，温升低；但是主轴受热后向前伸长，影响轴向精度。用于轴向精度要求不高的普通精度机床，如立铣、多刀车床等。两个方向的推力轴承分别布置在前后两个支承处。主轴受热伸长后，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，如组合机床主轴。前端配置中间配置后端配置两端配置2、推力支承位置配置型式卧式车床主轴组件加梅H系列的双列圆锥滚子轴承加梅P系列的单列圆锥滚子轴承三联角接触球轴承双列圆柱滚子轴承角接触双向推力球轴承双列圆柱滚子轴承摇臂钻床主轴组件单向推力球轴承齿轮传动

齿轮传动的特点是结构简单、紧凑，能传递较大的转矩，能适应变转速、变载荷工作，应用最广。它的缺点是线速度不能过高，通常小于12～15m／s，不如带传动平稳。带传动由于各种新材料及新型传动带的出现，带传动的应用日益广泛。常用有平带、三角带、多楔带和同步齿形带等。特点是靠摩擦力传动(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，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。3、主轴传动件的合理布置（1）传动方式的选择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。同步齿形带无相对滑动，传动比准确，传动精度高；厚度小、重量轻、传动平稳、噪声小，适于高速传动，传动效率高；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。缺点是制造工艺复杂，安装条件要求高。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转矩；便于组织专业化生产。3.1.2主轴组件结构设计（2）传动件位置的合理布置传动件放在两个支承中间靠近前支承处，齿轮传动用得最为普遍；传动件放在主轴的后悬伸端，较多地用于带传动，为了更换传动带方便，如磨床。图主轴两支承间承受传动力图主轴尾端承受传动力图主轴前端承受切削力

传动件放在主轴前悬伸端，主要用于具有大转盘的机床，如立式车床、镗床等，传动齿轮直接安装在转盘上。应尽可能将驱动主轴的传动轴布置在合适的位置，使驱动力引起的主轴变形可抵消一部分因切削力引起的主轴轴端精度敏感方向上的位移。3.1.2主轴组件结构设计应尽可能将驱动主轴的传动轴布置在合适的位置，使驱动力引起的主轴变形可抵消一部分因切削力引起的主轴轴端精度敏感方向上的位移。4、主轴组件主要结构参数的确定很多机床的主轴是空心的，内孔直径与其用途有关。一般应保证d／D<0.7。如车床主轴内孔用来通过棒料或安装夹紧机构；铣床主轴内孔可通过拉杆来拉紧刀杆等等。为不过多地削弱主轴的刚度，卧式车床的主轴孔径d通常不小于主轴平均直径的55％—60％；铣床主轴孔径d可比刀具拉杆直径大5—10mm。一般按机床类型、主轴传递的功率或最大加工直径，选取D1。车床和铣床后轴颈的直径D2：(0.7～0.85)Dl。主轴前端悬伸量a是指主轴前端面到前轴承径向反力作用中点(或前径向支承中点)的距离。由于前端悬伸量对主轴部件的刚度、抗振性的影响很大，因此在满足结构要求的前提下，设计时应尽量缩短该悬伸量。3.1.2主轴组件结构设计存在一个最佳跨距L0。在该跨距时，因主轴弯曲变形和支承变形引起主轴前轴端的总位移量为最小。一般取L0＝(2～3.5)a。1)L合理＝(3—5)a，用于悬伸长度较小时，如车床、铣床等。

2)L合理＝(1～2)a，用于悬伸长度较大时，如镗床、内圆磨床等。3.1.2主轴组件结构设计3.1.3主轴1、主轴的构造主轴一般为空心阶梯轴，前端径向尺寸大，中间径向尺寸逐渐减小，尾部径向尺寸最小。主轴的前端型式取决于机床类型和安装夹具或刀具的型式。主轴头部的形状和尺寸已经标准化，应遵照标准进行设计。2、主轴的材料及热处理钢材热处理用途45调质22～28HRC，局部高频淬硬50～55HRC一般机床主轴、传动轴40Gr淬硬40～50HRC载荷较大或表面要求较硬的主轴20Gr渗碳、淬硬56～62HRC中等载荷、转速很高、冲击较大的主轴65Mn淬硬52～58HRC精密和高精度机床主轴38GrMoAlA氮化处理850～1000HV高精度机床主轴3、主轴的技术要求，应根据机床精度标准有关项目制定。应尽量做到设计、工艺、检测的基准相统一。3.1.3主轴3.1.4主轴滚动轴承主轴部件中最重要的组件是轴承。对主轴轴承的要求是旋转精度高、刚度高、承载能力强、极限转速高、适应变速范围大，摩擦小、噪声低、抗振性好、使用寿命长、制造简单、使用维护方便等。1.典型的主轴滚动轴承配置形式2.滚动轴承精度等级的选择4.滚动轴承的润滑和密封3.滚动轴承的预紧陶瓷轴承：材料Si3N4，密度为3.2×103Kg/m3，仅为钢的40%，线膨胀系数为3×10-6/℃，比轴承钢小得多（12.5×10-6/℃），弹性模量比轴承钢大。因此，在高速下，陶瓷滚动轴承与钢制滚子轴承相比：质量小，作用在滚动体上的离心力及陀螺力矩较小，从而减小了压力和滑动摩擦；滚动体线膨胀系数小，温升较低，轴承在运转中预紧力变化缓慢，运动平稳；弹性模量大，轴承的刚度大。常用的三种类型：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，而外圈用轴承钢制造运转时分子亲和力很小，摩擦系数小，并有一定的自润滑性能，可在供油中断无润滑情况下正常运转，轴承不会发生故障。适用于高速、超高速、精密机床的主轴部件中。全陶瓷轴承适用于耐高温、耐腐蚀、非磁性、电绝缘或要求较小质量和超高速场合。1.典型的主轴滚动轴承配置形式（1）采用双列短圆柱滚子轴承的主轴组件（刚度型）角接触双向推力球轴承1.典型的主轴滚动轴承配置形式（1）采用双列短圆柱滚子轴承的主轴组件（刚度型）前支承采用双列短圆柱滚子轴承承受径向载荷和60°角接触双列向心推力球轴承承受轴向载荷，后支承采用双列短圆柱滚子轴承。这种轴承配置的主轴部件，适用于中等转速和切削负载较大，要求刚度高的机床。前轴承采用三联角接触球轴承，后支承采用双列短圆柱滚子轴承。主轴的动力从后端传入，后轴承要承受较大的传动力，所以采用双列短圆柱滚子轴承。前轴承的配置特点是：外侧的两个角接触球轴承大口朝向主轴工作端，承受主要方向的轴向力；第三个角接触球轴承则通过轴套与外侧的两个轴承背靠背配置，使三联角接触球轴承有一个较大支承跨距，以提高承受颠覆力矩的刚度。1.典型的主轴滚动轴承配置形式（2）采用双列短圆柱滚子轴承的主轴组件（刚度速度型）（3）采用角接触球轴承的主轴组件（速度型）1.典型的主轴滚动轴承配置形式（3）采用角接触球轴承的主轴组件（速度型）1.典型的主轴滚动轴承配置形式主轴前后轴承都采用角接触球轴承(两联或三联)。当轴向切削分力较大时，可选用接触角为25°的球轴承；轴向切削分力较小时，可选用接触角为15°的球轴承。在相同的工作条件下，前者的轴向刚度比后者大一倍。角接触球轴承具有良好的高速性能，因而适用于高速轻载或精密机床。（4）采用圆锥滚子轴承的主轴组件1.典型的主轴滚动轴承配置形式（4）采用圆锥滚子轴承的主轴组件1.典型的主轴滚动轴承配置形式（4）采用圆锥滚子轴承的主轴组件1.典型的主轴滚动轴承配置形式这类轴承具有高的径向和轴向刚度，采用了空心的滚子和实体的保持架，减少了发热量，提高了极限转速，故用于中等转速、较大载荷的机床主轴组件。（5）采用推力球轴承的主轴组件1.典型的主轴滚动轴承配置形式1.典型的主轴滚动轴承配置形式1.典型的主轴滚动轴承配置形式（5）采用推力球轴承的主轴组件特点：推力球轴承承受两个方向的轴向力，轴向刚度很高。应用：用于以轴向力为主的主轴组件主轴前轴承的精度对主轴旋转精度影响较大，因此，前轴承的精度通常应选得比后轴承高一级。滚动轴承的配合对主轴部件精度的影响也很大。2.滚动轴承精度等级的选择2.滚动轴承精度等级的选择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。预紧有径向和轴向两种。预紧量要根据载荷和转速来确定。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。轻预紧适用于高速主轴，中预紧适用于中、低速主轴；重预紧用于分度主轴。3.滚动轴承的预紧3.1.4主轴滚动轴承用螺母轴向移动轴承内圈，因内圈孔是1：12的锥孔，使内圈径向涨大，而实现预紧；3.滚动轴承的预紧(1)双列短圆柱滚子轴承的预紧另一种用调整环的长度实现预紧，采用过盈套进行轴向固定。优点：保证过盈套的定位端面与中心线垂直；主轴不必因加工螺纹而直径减小，增加了主轴刚度；最大限度降低了主轴的不平衡量，提高了主轴部件的旋转精度。（2）角接触球轴承的预紧主轴滚动轴承调整螺母的防松4.滚动轴承的润滑和密封润滑剂和润滑方式的选择主要取决于轴承的类型、转速和工作负荷。滚动轴承中所用润滑剂主要有润滑脂和润滑油两种。(1)润滑脂：是由基油、稠化剂和添加剂(有的不含添加剂)在高温下混合而成的一种半固体状润滑剂。如锂基脂、钙基脂，高速轴承润滑脂等。特点是粘附力强、油膜强度高、密封简单，不易渗漏，长时间不需更换，维护方便。但摩擦阻力比润滑油略大。常用于转速不太高、又不需冷却的场合。特别是立式主轴或装在套筒内可以伸缩的主轴，如钻床、坐标镗床、数控机床和加工中心等。润滑脂不应过多填充，以免因搅拌发热而融化、变质失去润滑作用。润滑脂填满轴承空隙的1／3～1／2效果最好。在一定时期内补充和更换。3.1.4主轴滚动轴承(2)润滑油：润滑油的种类很多，转速越高，选的粘度越低；负荷越重，粘度应越高。一般根据dn值，选择润滑油牌号和润滑方式。当dn值较低时，可用油浴润滑。当dn值略高一些，可用滴油润滑。当dn值较高时，采用循环润滑，由油泵将经过过滤的润滑油输送到轴承部位，润滑后返回油箱。经过滤、冷却后循环使用。油雾润滑是将油雾化后喷向轴承，既起润滑作用，又起冷却作用，效果较好。但油雾散入大气，污染环境。油气润滑是间隔一定时间由定量柱塞分配器输出微量润滑油与压缩空气管道中的压缩空气混合后，经细长管道和喷嘴连续喷向轴承。喷射润滑是在轴承周围均布几个喷油嘴，周期性地将油喷射到轴承圈与保持架的间隙中。用于高速主轴轴承。（3）密封：作用是防止冷却液、切削灰尘、杂质等进入轴承，并使润滑剂无泄露地保持在轴承内，保证轴承的使用性能和寿命。密封的类型主要有非接触式和接触式密封两大类。非接触式又分为间隙式、曲路式和垫圈式密封。接触式可分为径向密封圈和毛毡密封圈。选择密封形式时，应综合考虑如下因素：轴的转速、轴承润滑方式、轴端结构、工作温度、轴承工作时的外界环境等。3.1.4主轴滚动轴承3.1.5主轴滑动轴承整体式径向滑动轴承定位口油孔轴承座轴承盖联接螺栓剖分轴瓦3.1.5主轴滑动轴承3.1.5主轴滑动轴承动压油膜形成原理及过程：

1、液体动压滑动轴承1、液体动压滑动轴承动压轴承依靠主轴以较高的转速旋转时，带着润滑油从间隙大处向间隙小处流动，形成压力油楔而将主轴浮起，产生压力油膜以承受载荷。图为固定多油楔轴承的结构。主轴按箭头方向旋转时，五个油楔便有相应的油压分布。3.1.5主轴滑动轴承图固定多油楔滑动轴承（a）主轴组件（b）滑动轴承（c）轴承工作原理1-轴瓦2、5-止推环3、4-调整螺母6-轴承（1）固定多油楔滑动轴承图车床用固定多油楔滑动轴承3.1.5主轴滑动轴承（1）固定多油楔滑动轴承2.活动多油楔滑动轴承3.1.5主轴滑动轴承2、液体静压轴承优点：承载能力高；旋转精度高；油膜有均化误差的作用，可提高加工精度；抗振性好；运转平稳；既能在极低转速下工作，也能在极高转速下工作；摩擦小，轴承寿命长。缺点：需要一套专用供油设备，轴承制造工艺复杂、成本较高。3.1.5主轴滑动轴承3、气体静压轴承也称为气浮轴承或空气轴承。摩擦小，功率损耗小，在极高转速或极低温度下工作，振动、噪声特别小，旋转精度高，(一般0．1um以下)，寿命长，基本上不需要维护，用于高速、超高速、高精度机床主轴部件中。3.1.5主轴滑动轴承半球状空气静压轴承的主轴组件1-前轴承2-供气孔3-后轴承4-定位环5-旋转变压器6-无刷电动机7-外壳8-轴9-多孔石墨图3-58

磁浮轴承工作原理图1—转子2—定子

3—电磁铁

4—位置传感器图3-59

磁浮轴承的控制框图3.1.5主轴滑动轴承4、磁浮轴承前辅助轴承电主轴双面轴向推力轴承前径向轴承后径向轴承后辅助轴承前径向传感器后径向传感器轴向传感器图

磁浮轴承高速主轴

磁浮轴承主轴结构3.1.5主轴滑动轴承

主轴由两个径向和两个轴向磁浮轴承支承，磁浮轴承定子与转子间空隙约0.1mm。刚度高，约为滚珠轴承主轴刚度10倍。转速特征值可达4×106，适用于高速、超高速加工。回转精度主要取决于传感器的精度和灵敏度，以及控制电路性能，目前可达0.2μm。能在超低温和高温下正常工作，也可用于真空、蒸汽腐蚀性环境。机械结构及电路系统均较复杂；又由于发热多，对冷却系统性能要求较高。

磁浮轴承主轴特点3.1.5主轴滑动轴承性能旋转精度刚度抗振性转速(r/min)摩擦损耗寿命结构尺寸制造难易使用维修成本滚动轴承一般或较高，预紧无间隙时较高一般或较高

较差，阻尼比ξ=0.02~0.04球-7000滚柱-4000较小，μ=0.002~0.065疲劳强度限制轴向小，径向大专业化，标准化简单，油脂润滑低液体静压轴承高，精度保持性好高好，ξ=0.045~0.0652000小μ=0.0005~0.001长轴向大，径向小自制，工艺要求高需供油设备复杂，清洁较难较高2）数控机床的主轴轴承及其优缺点（一）

2）数控机床的主轴轴承及其优缺点（二）性能旋转精度刚度抗振性转速(r/min)摩擦损耗寿命结构尺寸制造难易使用维修成本气体静压轴承一般或较高较差

好8万~16万小长轴向大，径向小自制，工艺较液压系统低要求供气系统，易清洁度较高磁力轴承一般不及滚动轴承较好2~6万很小长径向大较复杂较难高陶瓷轴承一般或较高比滚动轴承差较差ξ=0.02~0.04滚珠8000~20000全部

2.5万~3万小μ=0.002~0.008较长轴向大，径向小比滚动轴承难较难较高3.2支承件设计3.2.1支承件应满足的基本要求3.2.2支承件的结构设计3.2.3支承件的材料3.2.4提高支承件结构性能的措施支承件的功能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。主要功能是保证机床各零、部件之间的相互位置和相对运动精度，并保证机床有足够的静刚度、抗振性、热稳定性和耐用度。以车床为例，支承件是床身，固定联接着主轴箱、进给箱和三杠；大刀架与溜板箱沿着床身导轨运动。床身不仅承受这些部件的重量，而且还要承受切削力、传动力和摩擦力等。车是加工轴类、圆盘、螺纹铣是加工齿轮、花键、键槽刨是加工键槽、平面、沟槽磨是加工圆的内、外表面及平面镗是加工孔和平面3.2.1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质量比。2)应具有较好的动态特性，包括较大的位移阻抗(动刚度)和阻尼；整机的低阶频率较高，各阶频率不致引起结构共振；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。4)排屑畅通、吊运安全，并具有良好的结构工艺性。1.机床的类型、布局形式机床的类型可分为三类：中小型机床：外载荷以切削力为主精密和高精密机床：以移动件的重力和切削产生的热应力为主。大型和重型机床：同时考虑工件重力、移动件重力和切削力等载荷。3.2.2支承件的结构设计1.机床的类型、布局形式机床的布局形式直接影响支承件的结构设计。3.2.2支承件的结构设计2.支承件的截面形状和选择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。3.2.2支承件的结构设计3.2.2支承件的结构设计2、支承件的截面形状和选择表3-10不同截面的抗弯抗扭惯性矩比较后可知：a.空心截面的刚度都比实心的大；b.圆（环）形截面的抗扭刚度比方形好，而抗弯刚度比方形低；c.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支承件的结构设计2、支承件的截面形状和选择车床镗床、龙门刨床大型、重型机床3、支承件肋板和肋条的布置3.2.2支承件的结构设计肋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：纵向、横向、斜向。（取决于支承件的受力变形方向）纵向肋板纵向肋板应布置在弯曲平面内，即肋板的高度方向与作用力F方向一致。纵向肋板提高抗弯强度无横向肋板时，相对抗扭刚度很低；增加一个断面横向肋板时，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。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板的组合斜向肋板提高抗弯和抗扭刚度立柱的加肋方式3、支承件肋板和肋条的布置3.2.2支承件的结构设计T形肋联接，主要提高水平面抗弯刚度，多用在刚度要求不高的机床上，结构简单，铸造工艺性好。门形肋板具有一定的宽度和高度，在垂直面和水平面上的抗弯刚度都比前一种好，铸造工艺性也不差，多应用于大中型车床上。斜形肋板在床身的前后壁间呈W形布置，能较好地提高水平面内的抗弯、抗扭刚度，但铸造较困难，只在长床身中才采用。斜向拉筋，床身刚度最高，排屑容易3、支承件肋板和肋条的布置3.2.2支承件的结构设计肋条一般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。布置：纵向、横向和斜向，常常布置成交叉排列。4、合理选择支承件的壁厚3.2.2支承件的结构设计根据C值按下表选择最小壁厚，考虑工艺条件、受力，可适当加厚，壁厚应尽量均匀。为减轻机床重量，壁厚应尽可能选的薄些。1）铸铁件：当量尺寸C C=（2L+B+H）/3 L、B、H分别为支承件的长、宽、高表3-11根据当量尺寸选择选择壁厚（m）表3-12焊接床身壁厚选择4、合理选择支承件的壁厚3.2.2支承件的结构设计

2）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，壁厚为铸件薄2/3~4/5，防止薄壁振动。阻尼系数比铸铁小，在结构和焊缝上要采取抗振措施：采用封闭截面形状，正确布置肋板、肋条，采用双层壁结构来提高刚度。3.2.3支承件的材料1、铸铁:

容易获得复杂结构的支承件，铸铁的内摩擦力大，阻尼系数大，振动的衰减性能好，成本低。但铸件需做型模，制造周期较长，易产生缩孔、气泡等缺陷。适用于成批生产。2、钢板和型钢:床身、立柱等支承件采用钢板或型钢焊接而成。钢材的刚度比铸铁高，质量可比铸件减轻20%-50%，不需要木模和浇注，便于产品更新和结构改进，生产周期短，不易出现废品。但钢板材料内摩擦阻尼约为铸铁的1/3，抗振性较铸铁差。多用在大型、重型机床及自制设备等小批生产。3、预应力钢筋混凝土：刚度高，阻尼大，抗振性好，成本低。脆性大，耐蚀性差，另外油渗入后会导致材质疏松，因此，其表面应进行喷漆或喷涂塑料处理。主要用于制作不常移动的大型机械的机身、底座、立柱等支撑件。3.2.3支承件的材料4、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，抗磁，与金属不粘结，加工方便。缺点是抗冲击性能差，脆性较大；油和水等液体易渗入，会使表面局部胀大；难于制作形状复杂的零件。多用于三坐标测量机、印刷板数控钻床、气浮导轨基座等。3.2.3支承件的材料5、树脂混凝土：用树脂和稀释剂代替水泥和水，将骨料固结成为树脂混凝土，也称人造花岗岩。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。用于高速、高效、高精机床。3.2.4提高支承件结构性能的措施1、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。可以用有限元的方法进行定量分析，以便在较小质量下得到较高的静刚度和固有频率。为了提高接触刚度，不仅导轨面，而且重要的固定结合面也必须配磨和配刮。以固定螺钉连接时，通常应使接触面间的平均预压压强不得小于2MPa，以消除表面微观不平度的影响，并据此确定固定螺钉的直径、数量、布置位置以及拧紧螺钉时施加的扭矩。这个扭矩在装配时可用测力扳手控制。合理选择支承件的结构形式措施：支承件截面形状尽量选用抗弯的方截面和抗扭的圆截面或采用封闭型床身。封闭整体箱形结构3.2.4提高支承件结构性能的措施1、提高支承件的静刚度和固有频率用于受复杂空间载荷作用的机床立式加工中心立柱加工中心床身断面图数控车床床身断面图2、提高支承件的动态特性3.2.4提高支承件结构性能的措施②改善阻尼特性：对于铸件支承件，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。对于焊接支承件，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）。或者采用阻尼涂层。封砂结构床身、悬梁的阻尼③采用新材料制造支承件：树脂混凝土刚性高、抗振性好，热变形小、耐化学腐蚀

铁块钢球高粘度油减少发热—将热源从主机中分离出去

—采用低摩擦系数的导轨和轴承（滚动导轨、静压导轨或静压轴承）3、提高支承件的热稳定性3.2.4提高支承件结构性能的措施进行热变形补偿控制温升措施通过散热和冷却方法改善机床结构措施1

采用对称原则设计机床结构措施2使机床主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上措施3采用排屑系统主轴冷却风管对机床热源进行强制冷却主轴冷却风管对机床热源进行强制冷却措施1采用对称原则设计机床结构措施2使机床主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上倾斜床身措施3采用排屑系统3.3导轨设计3.3.1导轨的功用和应满足的基本要求3.3.2导轨的材料3.3.3滑动导轨3.3.4其他类型导轨3.3.5提高导轨精度、刚度和耐磨性的措施1、导轨的功用和分类导轨的功用是承受载荷和导向。导轨按结构形式可以分为开式导轨和闭式导轨。按摩擦性质可分为滑动导轨和滚动导轨，滑动导轨又可以分为普通滑动导轨、动压导轨和静压导轨。3.3.1导轨的功用和应满足的基本要求2、导轨应满足的要求：高的导向精度。导向精度保证部件运动轨迹的准确性。导向精度受到导轨的结构形状、刚度、制造精度和导轨间隙调整等的影响。良好的精度保持性（耐磨性）。精度保持性是指导轨工作过程中保持其原始精度的能力。耐磨性受到导轨副的材料、热处理、摩擦性质、润滑和载荷的影响。具有低速运动的平稳性。低速运动的平稳性使其运动部件在导轨上低速移动时，不会发生“爬行”现象。造成“爬行”的主要因素有摩擦性质、润滑条件和传动系统的刚度。结构简单、工艺性好。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，应更换容易。3.3.1导轨的功用和应满足的基本要求1．对导轨材料的要求

耐磨性好工艺性好成本低对于塑料镶装导轨的材料，还应保证：在温度升高（主运动导轨120-150℃，进给导轨60℃）和空气湿度增大时的尺寸稳定性；在静载压力达到5MPa时，不发生蠕变；塑料的线膨胀系数应与铁接近。3.3.2导轨的材料铸铁

—HT200、HT300、高磷铸铁等，经表面淬火、镀铬、涂钼等；铸铁成本低，有良好的减振性和耐磨性。钢

—碳素钢(40