2金属切削机床典型部件

11第二章金属切削机床典型部件22教学目的和要求掌握对主轴组件的基本要求；掌握主轴组件的典型结构、滚动轴承的类型、选择、精度及安装调整方法；掌握主轴结构和材料；了解支承件的基本要求；掌握支承件的静刚度及保证支承件自身刚度的措施；了解导轨的功用、分类及应满足的基本要求；了解导轨的材料和滑动导轨的结构。33教学内容主轴组件的基本要求及典型结构；滚动轴承的类型、选择、精度及安装调整；主轴的结构、材料；支承件的基本要求和设计步骤；支承件的静刚度及形状选择的原则；导轨的功用、分类和应满足的基本要求；导轨的材料；滑动导轨的结构。44本章重点、难点重点：主轴组件的基本要求及典型结构；滚动轴承的类型、选择、精度及安装调整方法；主轴结构和材料；支承件的静刚度保证支承件自身刚度的措施。难点：主轴组件的典型结构。55第一节主轴组件主轴组件通常由主轴、轴承和安装在主轴上的传动件等组成。各类机床对主轴部件的共同要求是主轴在工作载荷下应能长期保持稳定的工作精度，以保证工件的加工精度。66一、主轴部件的基本要求1．旋转精度（1）主轴组件的旋转精度是指装配在无载荷，低速转动（用手转动成低速机动转动）条件下，主轴前端安装部位的径向、轴向跳动和轴向蹿动值。例，车床上卡盘的空心轴颈与锥孔中心线的径向跳动会影响加工圆柱度，而轴向跳动则在加工螺纹时会影响螺纹螺距。主轴组件的运动精度是指在工作转速下旋转时的精度。运动精度对于精密和高精度机床是不能忽略的。（2）旋转精度取决于组件中各主要件如主轴、轴承等制造精度和装配、调整精度。运动精度除上述外，还取决于主轴转速、轴承的设计和性能及主轴组件的平衡。772．静刚度

（1）静刚度简称刚度，反映了机床或部组零件抗静态外载荷的能力。弯曲刚度K=F/δ（N/μm），定义为使主轴前端产生单位位移在位移方向所需施加的力。刚度的倒数是柔度。（2）大多数机床可以用弯曲刚度作为衡量主轴组件刚度的指标。因为这类机床只要弯曲刚度满足要求扭转刚度也能满足要求。对主轴组件尚无统一规定的刚度标准。8（3）钻床主轴主要承受扭矩，其刚度指标是扭转刚度Km

，

Km=MnL/θ(N·m2/rad)

Mn－作用的扭矩（N·m）

L－扭矩的作用距离（m）

θ－扭转角（rad）（4）影响组件的弯曲刚度的因素较多。如主轴的尺寸和形状，滚动轴承的型号、数量和配置形式及预紧、滑动轴承的型式和油膜刚度。前后支承的距离和主轴前端的悬伸量、传动件布置方式、组件制造与装配质量等。993.抗振性抗振性包括两个方面：抵抗受迫振动的能力和抵抗自激振动的能力。受迫振动的指受外部振源或主轴部件本身。如主轴上零件不平衡，也可是外界干扰力如附近有振动较大的机件。自激振动产生于切削过程中。当振源频率与机床主轴部件固有频率重合时，则将产生共振。fp

激振源频率

f

固有频率影响抗振性的主要因素是主轴的刚度、固有频率和阻尼特性等。主轴部件的振动将会影响工作表面质量、刀具耐用度。10104.温升和热变形

主轴部件工作时由于摩擦和搅油等损耗的热量将会出现部件的温升。温升使主轴部件的现状和位置发生变化称为热变形。温升是润滑油粘度下降或者润滑脂熔化产生流失。热变形使轴承间隙产生变化，影响轴承的使用寿命，使主轴轴线偏离原有位置或者倾斜，影响工作性能和加工精度。温升规定：高精度机床：8-10℃

精密机床和数控机床：15-20℃

普通机床30-40℃特别精密机床不能超过室温10℃影响温升和热变形的主要因素：轴承的类型和布置方式，轴承间隙及预紧力的大小，润滑方式和散热条件等。11115.耐磨性主轴部件的耐磨性是长期保持原始精度的能力，也就是精度的保持性。保证耐磨性要求主轴部件主轴端部定位面、锥孔，与滑动轴承配合的轴颈表面，移动式主轴套筒外圆表面等各个滑动表面都必须具有很高的硬度提高主轴部件的耐磨性需要正确选择主轴和滑动轴承的材料和热处理方式、润滑方式，合理调整轴承的间隙以及具有良好的润滑和可靠的密封。12二、主轴部件的传动方式主轴部件的传动方式主要有齿轮传动、带传动、电机直接驱动等。1、齿轮传动：特点是结构简单、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。缺点是线速度不能过高，通常小于12~15m/s，不如带传动平稳。2、带传动：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。

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。133、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。

高速内圆磨床电主轴1414三、主轴轴承主轴部件中最重要的组件是轴承。机床上常用的主轴轴承有滚动轴承、液体动压轴承、液体静压轴承、空气静压轴承等。此外还有自调磁悬浮轴承等适应高速加工的新型轴承。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。1515（一）滚动轴承

1.主轴常用的滚动轴承（1）双列圆柱滚子轴承（2）角接触球轴承（3）双向推力角接触球轴承（4）双列圆锥滚子轴承（5）加梅轴承16162.滚动轴承的典型配置型式（1）配置和选用一般原则适应承载能力和刚度要求线接触的圆柱或圆锥滚子轴承其径向承载能力和刚度比点接触的球轴承好；轴向承载能力和刚度方面推力轴承最高，圆锥滚子轴承次之，角接触球轴承最低。对主轴部件而言，前支承所受载荷通常大于后支承，且前支承的变形对主轴的轴端的影响较大，因此前支承处轴承的承载能力和刚度比后支承处大。有冲击载荷一般选滚子轴承。17适应转速的要求不同类型、规格、精度等级的轴承，允许的转速不同。相同类型的轴承，其规格越小、精度等级越高允许的转速越高，相同规格的轴承，点接触的球轴承比线接触的滚子轴承允许的转速高，滚子轴承比滚锥轴承允许的转速高。适应结构的要求为使主轴部件具有较高的刚度，结构紧凑，主轴直径应选择大一些，轴承可以选择特轻或轻型轴承，或在同一支承处配置两联或三联轴承配置。对中心距要求较小的多主轴机床（组合机床）可用滚针轴承，并将推力球轴承错开排列，避免干涉。181919（2）推力轴承配置型式为了使主轴有足够的轴向位置并尽量简化构造，应恰当地选择推力支承的位置和型号。对支承简化如采用向心推力球轴承或圆锥滚子轴承，则轴承相当于一个径向支承和1个推力支承。如采用一个双向推力向心轴承，则这个轴承相当于两个推力轴承。如采用双列圆锥滚动轴承，则一个轴承相当于一个径向支承和两个推力支承。2020图(a)推力支承和装在后支承的两侧（如双列圆锥滚子轴承或一对圆锥滚子轴承）特点：轴载由后支承承受，前支承构造简单但主轴热膨胀后向前伸长，影响主轴端轴向定位精度，用于普通精度机床。

2121图(b)推力支承在前、后径向支承之外（形如两端都用圆锥滚子轴承或向心推力球轴承并大口朝外）

特点：构造简单，但热膨胀后产生轴向松动所以常用于较短的主轴。如组合机床的主轴为负松动，可用弹簧消除间隙和补偿热膨胀。2222图(c)推力支承装在前支承的两侧，形如一对圆锥滚子轴承或一对向心推力球轴承。特点：热膨胀后向后伸长，提高轴向精度，但间隙调整较不便，用于精密机床，如精密车床，铣床，坐标镗床。2323图(d)两个推力支承装在前支承后侧（形如双向推力向心球轴承，如400mm车床主轴）特点：减少主轴的悬伸，热膨胀向后伸长，前支承构造较复杂，温升也较高。24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、抗振性和噪声等要求来选择。常见的几种典型配置型式：速度型、刚度型、速度刚度型。速度型：主轴前后轴承都采用角接触球轴承两联或三联）。轴向切削力越大，角度应越大，且大角度的刚度也大。具有良好的高速性能，承载能力小，如高速CNC车床。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度角接触双列向心推力轴承承受轴向载荷，后支承采用双列短圆柱滚子轴承，

如数控车床主轴/

25刚度速度型：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。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，以提高承受颠覆力矩的刚度。

如卧式铣床主轴26主轴组件图库

高刚度结构高速结构速度刚度结构主轴组件典型实例27前支承用双列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。如数控车床主轴、镗削主轴单元等。高刚度结构28

该图是采用圆锥滚子轴承的主轴部件，结构比采用双列短圆锥滚子轴承简化，承载能力和刚度比角接触球轴承高。但是因为圆锥滚子轴承发热大、温升高，允许的极限转速要低些。适用于载荷较大、转速不太高的普通精度的机床主轴。

29高速结构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；当轴向切削力较小时，可选用接触角为15°的球轴承。在相同工作条件下，前者的轴向刚度比后者大一倍。30

角接触球轴承具有良好的高速性能，但它的承载能力较小，因而适用于高速轻载或精密机床，如高速镗削单元、高速CNC车床等。31典型高速结构

MNC300SKF1SS125NDM-4076_300

返回32MNC300

该高速CNC车床主轴前后轴承都采用两联角接触球轴承，具有较高的转速。

返回33SKF1

返回34SS125

返回35NDM-40

返回3676_300

返回37速度刚度结构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。38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，以提高承受颠覆力矩的刚度。如卧式铣床的主轴要求径向刚度好、有较高转速。39速度刚度结构

FNR140FNC200H2_077SAG101BTA_B

HF2SDNC560TNC131TS_15

返回40FNR140

返回41FNC200

返回42H2_077

返回43SAG101

返回44BTA_B

返回45HF2

返回46SDNC560

返回47TNC131

返回48TS_15

49机床主轴实例该图为具有一级转速的变速箱展开图。最下面的轴是电动机轴或运动输入轴，最上面的轴是机床主轴，主轴的位置主要由车床的中心高确定。505152535455553．主轴滚动轴承的精度和配合前后轴承的精度对主轴旋转精度的影响δa1=(L+a)δa/Lδb1=a/Lδb

令δa=δb

则δa1＞δb1P11556564．主轴滚动轴承间隙调整和预紧使轴承滚道与滚动体之间的一定的过盈量，称为预紧。滚动轴承在有间隙条件下工作，会使载荷集中作用在处于受力方向的一个或几个滚动体上，使滚动体与滚道之间产生很大接触变形，因而将降低轴承的刚度和寿命。

5757当间隙调整到零时，滚动体受力均匀多了，当对轴承预紧，有过盈时，有时滚动体受力更均匀一些，由于有预紧载荷，滚动体已有变形和滚道的实际接触面积加大了，刚度也增加了。过大预紧使实际载荷增加太多，滚动体和滚道的变形太大，又将提高温升和降低寿命。轴承厂规定了轻预紧、中预紧、重预紧三级。代号为A、B、C。轻预紧高速主轴中预紧中低速转速重预紧分度主轴58585.滚动轴承的润滑与密封（1）主轴滚动轴承的润滑滚动轴承可用润滑脂或润滑油来润滑实验说明：在速度较低时用润滑脂，速度较高时用润滑油较好。通常判断的指标速度因数dn，d为轴承内径（mm），n为转速（r/min）。见机床设计手册。

591）脂润滑①润滑脂可用于dn值较低又不需要冷却的场合。立式主轴轴承也用脂润滑，不存在漏油问题。②机床主轴轴承常用锂基润滑脂、精密和高精密。机床主轴常用精密机床主轴脂。③润滑脂充填量不宜过多，约为轴承空间的1/3左右，以免发热高。充填时要用注射针管注入，使滚道和每个滚动体都沾上脂。2）油润滑润滑油可用于一切转速，特别适宜于高速。它还有冲洗作用。润滑油粘度：转速越高，粘度越低，负载越重，粘度层越高。60602）主轴组件的密封密封作用，对于油润滑的主轴组件来说，为的只防止油外漏，屑末和灰尘切削液等进入，用脂润滑的主轴组件来说，主要防止外物进入（和齿轮箱中的润滑油进入）主要有接触式密封和非接触式密封。接触式密封有摩擦磨损，发热严重，主要适用于低速主轴，非接触式密封可以制成迷宫式和间隙式，发热小，应用广泛。6161（二）滑动轴承滑动轴承应有良好的抗振性，旋转精度高，运动平稳等特点，应用于高速或低速的精密、高精密机床和数控机床中。主轴滑动轴承按产生油膜的方式，可分为动压轴承和静压轴承两类。按照流体介质不同可分为液体滑动轴承和气体滑动轴承。1．液体的动压滑动轴承动压轴承按油楔数分为单油楔和多油楔。多油楔轴承的轴心位置稳定性好，抗振动和冲击性能好。故多采用多油楔轴承。多油楔轴承有固定多油楔和活动多油楔两类。622．液体静压轴承液体静压轴承系统：一套专用供油系统、节流器和轴承。静压轴承与动压轴承相比具有的优点：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；既能在低速下工作，也能在高速下工作；摩擦小，轴承寿命长。缺点是需要一套专用供油设备，轴承制造工艺复杂、成本高。

定压式静压轴承节流器有两类：固定节流器和可变节流器633、气体静压轴承用空气作为介质的静压轴承称为气体静压轴承，也称为气浮轴承或空气轴承，其工作原理与液体静压轴承相同。具有气体静压轴承的主轴结构形式主要有三种：（1）具有径向圆柱与平面止推型轴承的主轴部件（2）采用双半球形气体静压轴承（3）前端为球形，后端为圆柱形或半球形6464四．主轴1．主轴的结构1）为了便于装配，制造，常把主轴做成阶梯形。2）主轴头部构适应保证夹具顶尖的准确安装，便于装卸，尽量缩短悬伸长度，因夹具刀具标准化，主轴头部也标准化。3）有的机床主轴是空心的，如车床，铣床。65652．主轴的材料和热处理（1）决定主轴尺寸的基本因素是所允许的变形的大小，故主轴的计算主要是刚度的验算，通常能满足刚度的要求，也能满足强度的要求。只有对粗加工重载荷的机床主轴，才需同时进行强度验算，对高速主轴，如内圆磨床主轴，要进行抗振性验算，主轴刚度包括弯曲刚度和扭转刚度。（2）一般普通机床的主轴可采用45号优质中碳钢调质HB220-250，头部锥孔，定心轴颈经高频淬硬HRC50-55，其它有特殊要求，磨床砂轮主轴表面要求耐磨性高，热处理变形小，可选用20MnVB渗碳淬火HRC56-62（即选用合金钢）。66663．主轴主要结构参数的确定（1）主轴前轴颈直径D1的选取；表2-5P118（2）主轴内孔直径d的确定；在满足刚度的前提下尽量取大值，一般保证d/D＜0.7（3）主轴前端悬伸量a的确定；主轴的前端的悬伸量是指主轴前支承径向反力作用点到前端受力作用点之间的距离，在满足结构要求的前提下尽量取小值。如主轴端部采用短法兰式，前支承的推力轴承安装在径向支承的内侧，尽量利用主轴端部结构构成密封装置，成对安装的圆锥滚子轴承或角接触球轴承采用背靠背的配置均可以减小a

，提高主轴部件的刚性和抗振性。67（4）主轴合理跨距的确定·L合理=（4～5）D1

·L合理=（3～5）a，用于悬伸长度较小，如车床﹑铣床﹑外圆磨床等。·L合理=（1～2）a，用于悬伸长度较大时，如镗床﹑内圆磨床等。6868四．典型主轴部件69691．车﹑镗﹑铣机床类主轴部件707071712．钻床类主轴组件72723．磨床类主轴组件（图2-7）（图2-8）73737474第二节支承件及导轨

一．支承件机床中的支承件包括床身、立柱、横梁、摇臂、底座、工作台和升降台等。占机床总重量的40%～70%，所以也称为大件。支承其他部件，使这些部件保持正确的相对位置与运动精度。（一）支承件的功用及基本要求1．支承件的功用（1）承受机床加工时的静态力和动态力，如重力、切削力、摩擦力、夹紧力、惯性力等。（2）支承工件：车床床身支承床头箱、进给箱、溜板箱、刀架、中心架等工件。（3）支承件的内部空间可以储存冷却液、润滑液、放置液压装置及电气装置。支承件的受力变形和振动都会影响加工精度和表面质量，所以支承件是机床十分重要构件。75752．对支承件的基本要求（1）足够的刚度

刚度：弹性体抵抗变形的能力。

静刚度：弹性体在静力作用下产生的变形量（F/δ）。(自身刚度、局部刚度、接触刚度）

动刚度：在交变力的作用下，弹性体的作用力与振幅值之 比（F/A）。

动刚度与静刚度成正比。支承件在外界载荷作用下抵抗变形的能力为支承件的刚度。静刚度取决于支承件本身的结构刚度和接触刚度。动刚度不仅与静刚度有关，还与支承件系统阻尼及固有频率有关。支承件应具有足够的刚度，即在一定外界载荷作用下，变形量小于允许值。76（2）良好的动态特性机床在进行切削加工时如发生振动，将会影响加工质量和刀具寿命，而支承件的抗振能力对于整个机床的抗振力影响很大。故支承件必须具有足够大的抵抗受迫振动和自激振动的能力。引起振动的因素：1.安装其上的工作部件传来的干扰力（如离心力等），切削力的变化等。2.地面传来的外界干扰力。提高抗振性的措施：提高刚度，增加阻尼（材料问题）、提高固有频率（质量m↓、弹簧常数k↑即设计中合理分布材料）。7777如：质量-弹簧-阻尼系统7878传递函数：式中，时，为振荡环节。当系统产生的阻尼ωn＝1/T为系统的无阻尼固有频率。7979（3）较小的热变形和内应力机床工作中，支承件上有众多的热源，如电机、运转着的变速箱、导轨面液压元件等，它们都装在支承件上，这些热源温升不一，造成支承件各部分之间的温差，产生不一致的热变形，导致支承件不规则变形而影响加工精度。破坏工件间的相互位置关系和相对运动关系，影响加工质量。支承件在铸造、焊接和粗加工过程中，材料内形成内应力，导致支承件变形、超出机床的允许的误差范围。减少热变形和内应力的影响，具体方法为：1）散热和隔热

a)把电机、油箱等放置在地面上；

b)采用风扇，冷却器、恒温油箱等散热；

c)高精度设备必须安装在恒温室内。

802）减少支承件温度不均匀的影响。813）采用对称结构在热变形后，支承件截面的对称中心线位置基本不变。例如精密机床，尽量把主轴中心安排在箱体截面的对称中心线上。又如牛头刨床滑枕的导轨位于截面对称线上，可减少滑枕的热弯曲变形。4）减少支承件内应力合理设计支承件的形状，使各部分的金属材料尽可能均匀，避免较薄部分向厚大部分突然变化，必须有过渡面。采用退火、人工时效、天然时效等热处理方法去除制造中产生的内应力。82（4）较高的刚度/质量比在满足刚度的要求下应尽量减小支承件的质量。（5）对支承件的其它要求：便于排屑，吊运安全，液压电器工件的合理安装位置，并具有良好的工艺性以便于制造的安装。833、机床的类型、布局和支承件的形状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，缺点是排屑困难，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；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：箱形类、板块类、梁类84床身结构图

对称的床身结构，排屑器能从床身中部迅速地将炙热的切屑排除，并且冷却油的对称循环保证了机床的热稳定性。85高刚性结构868788884、支承件的设计步骤（1）根据支承件的不同使用要求对其进行受力分析。（2）根据支承件受力及其它要求（排屑、电气、液压工件的安装）并参考同类机床同类型部件，初步决定其形状和尺寸。（3）用有限元法计算支承件的刚度或进行模型试验，求得静态的动态特性（静刚度、固有频率等），依结果对设计进行修改，或方案比较，选取满足经济要求、技术要求的最佳方案。89895、支承件的静力分析支承件根据其形态分为三大类：（1）梁类件它是指一个方向尺寸比另外两个方向尺寸大得多支承件。如床身、立柱、横梁、摇臂、滑枕等。（2）板类件它是指两个方向尺寸比第三个方向尺寸大得多的支承件。如底座、工作台。（3）箱形件它是指三个方向尺寸都差不多的支承件，如箱体。9090（二）支承件的结构分析1．支承件的静刚度支承件的变形一般包括：自身变形，局部变形，接触变形。（1）支承件的自身刚度

机床的受力变形，主要是指支承件本身的变形，抵抗变形的能力为支承件的自身刚度。支承件的变形主要是弯曲变形和扭转变形，支承件的自身刚度主要指弯曲刚度和扭转刚度。（2）局部刚度

抵抗局部变形的能力。（3）接触刚度

支承件连接处变形包括支承件连接边缘的变形、影响变形和支承面的接触变形。抵抗连接处变形的能力，称为接触刚度。91912．保证支承件自身刚度的措施（1）合理选择截面的形状和尺寸。支承件承载主要的弯矩和扭矩，产生的变形主要是弯扭变形，在其他条件相同时，抗弯扭刚度和截面惯性矩有关。同一材料，截面积相等，做成不同形状，截面惯性矩相差很大。

9293941）空心截面的抗弯、抗扭刚度比实心的大，故床身截面做成中空形式，在相同截面积条件下，加大轮廓尺寸，适当地减小壁厚，可大大提高刚度。2）截面积和壁厚在等条件下，各种不同形状空心的截面的刚度不同。圆形截面抗扭刚度比方形大，而抗弯刚度较小。工字型截面梁抗弯最好，长板形次之，实心圆最弱。3）封闭截面比不封闭截面刚度大。9595（2）合理布置筋板和加强筋纵向筋板作用为提高抗弯刚度，应布置在弯曲平面内。横向筋板作用主要是提高抗扭刚度，斜向筋板，两者兼之。横向筋板（表2-7）布置在与弯曲平面垂直的平面内，抗扭刚度高；纵向筋板布置在弯曲平面内，抗弯刚度较高；斜向筋板的抗弯刚度和抗扭刚度均较高。加强筋的高度一般可取壁厚的4-5倍，厚度可取壁厚的0.8-1倍。96筋条（加强筋）～筋条配置在支承件的内壁上，可减小局部变形和薄壁振动。979898（3）合理选择连接部位的结构凹槽型连接和U型加强筋结构效果最好，特别是对承受弯矩的效果更好，但结构复杂。99993.提高局部刚度尽量避免在主要支承件上开孔。如开孔，孔的尺寸及位置设计要合理，工作时加盖以补偿部分刚度损失。并可通过适当增加加强筋弥补刚度损失。

图中实线：前壁开一孔的情况。虚线：前、后壁各开一孔的情况。当b0/b<0.2，L0/L<0.2时，刚度的降低不大。1004.提高接触刚度（1）导轨面和重要的固定面必须配刮或配磨。（2）施加预载5.提高支承件的抗振性（1）采用封砂结构（2）采用具有阻尼性能的焊接结构（3）采用阻尼涂层（4）采用环氧树脂粘结的结构1011016.减少支承件的热变形（1）散热和隔热（2）均衡温度场（3）热对称结构7.合理选择支承件材料及热处理方式支承件的材料选择支承件的材料，除应满足上述要求外，还应保证足够的强度、冲击韧性和耐磨性等。目前常用的材料有铸铁、钢板和型钢、天然和人造花岗岩、预应力钢筋混凝土等。

1)铸铁铸造可以铸出形状复杂的支承件，存在在铸铁中的片状或球状石墨在振动时形成阻尼，抗振性比钢高3倍。但生产铸铁支承件需要制作木模、芯盒等，制造周期长，成本高，故适宜于成批生产。

1021022)钢板与型钢用钢板与型钢焊接成支承件，生产周期比铸造快1.7~3.5倍，钢的弹性模量约为铸铁的2倍，承受同样载荷，壁厚可做得比铸件薄，重量也轻。添加隔板、加强筋灵活，且容易改型，但是，钢的阻尼比只为铸铁的约1/3，抗振性差，结构和焊缝上要采取抗振指施。适用场合：单件小批生产的支承件，结构简单，要求不高的专用机床。热处理：铸件和焊接件都要经退火与时效处理。1033)天然和人造花岗岩天然花岗岩的优点很多：性能稳定，精度保持性好。由于经历长期的自然时效，残余应力极小，内部组织稳定；抗振性好，阻尼比钢大15倍；耐磨性比铸铁高5~10倍；导热系数和线膨胀系数小，热稳定性好；抗氧化性强；不导电；抗磁；与金属不粘合，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。目前用于三坐标测量机和印刷板数控钻床等。用作气浮导轨的基底很理想。主要缺点是，结晶颗粒粗于钢铁的晶粒，抗冲击性能差，脆性较大，油和水等液体易渗入晶界中，使岩石局部变形胀大，难于制作形状复杂的零件。1041044)预应力钢筋混凝土主要用于制造不常移动的大型机械的机身、底座、立柱等支承件。预应力钢筋混凝土支承件的刚度和阻尼比较之铸铁大5倍，抗振性好，成本较低。但钢筋的配置对支承件影响较大，应按弹性理论或有限元法所得的主应力方向进行钢筋的配置。制作时混凝土的保养方法也影响性能，混凝土耐腐蚀性差，油渗导致疏松，表面应喷漆或喷涂塑料，脆性也较大。使用条件较为严格方能保持工作寿命。1051058.支承件焊接结构钢材弹性模量大，重量可以轻一点；添加隔板、加强筋灵活，且容易改型，但钢材的阻尼小；焊接时易产生变形。适用场合：单件小批生产的支承件，结构简单，要求不高的专用机床。9.支承件的结构工艺性如图a)所示的床身立柱结构加工导轨面时不便于安装，加上一个工艺凸台（图b）就好安装了。

106106减少切削加工量，尤其是减少要求高的精加工面积。可从减少加工表面数和加工面积来考虑。这样可提高生产率，降低刀具消耗，从而降低成本。较长支承件应尽量避免两端有加工面，避免支承件内部深处有加工面以及倾斜的加工面。尽可能使加工面集中，可以减少加工时的翻转及装夹次数，同一方向的加工应处于一个平面内，便于一次切削完成。所有加工面应有较大的基准，便于加工时进行定位、测量和夹紧。107107二.导轨（一）导轨的功用、分类和应满足的要求导轨的功用和分类1．功用：导轨的功用是导向和承载，有利与保证主运动或进给运动轨迹的，也有用于调整部件之间的相对位置的。2．导轨副中，主运动一方叫动导轨，不动的一方叫支承导轨。通常动导轨相对于支承导轨只能做直线运动或回转运动。实现直线运动的称为直线运动导轨，实现圆周运动的称为圆周运动导轨。108108导轨的导向原理（保留一个移动自由度）导轨的导向面棱柱面圆柱面xyz1091093．分类（1）按运动性质分Ⅰ主运动导轨，动导轨作主运动，与支承导轨相对运动速度较高。如立式车床的花盘与底座导轨，龙门刨床工作台与床身导轨。Ⅱ进给运动导轨动导轨作进给运动，与支承导轨相对运动速度较低，机床中，多属进给导轨，如普通车床的溜板（动）与床身导轨（支）。Ⅲ移置导轨这种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，如卧式镗床的后立柱和床身导轨。110110（2）按摩擦性质分Ⅰ.滑动导轨：按两导轨间摩擦状态分a.液体静压导轨，两导轨面间有一层静压油膜，摩擦性质液体摩擦，多用于进给运动导轨。b.液体动压导轨，动导轨面相对滑动速度达到一定值后，导轨面间形成压力油锲（动压效应），摩擦性质属于液体摩擦仅用作主运动导轨。c.混合摩擦导轨：动导轨相对速度不够高，在导轨面间有一定动压效应，油锲形成油压不足以隔开导轨面，导轨面仍处在直接接触状态，摩檫性质混合摩檫状态。大多数导轨属此类。d．边界摩檫导轨：滑动速度很低时，导轨面不足以产生动压效应，摩擦性质边界摩檫状态，精密进给运动导轨属此类。Ⅱ.滚动导轨两导轨面之间装有球、滚子和滚针等滚动元件，具有滚动摩擦性质，广泛地应用于进给运动和旋转主运动导轨。111111（3）开式和闭式导轨的应用按照受力情况分：开式导轨：导轨所承受的颠覆力矩不大，在部件自重和外载作用下导轨面在全长始终贴合。闭式导轨：颠覆力矩较大，须增加压板形成辅助导轨面，才能使导轨面较长始终贴合。1121124．导轨应满足的要求（1）导向精度a、所谓导向精度是指动导轨运动轨迹的准确度，它是保证导轨工作质量的前提，它包括两个方面的要求；一是运动轨迹的形状误差要求，如直线导轨的直线度和圆导轨的圆柱度，二是运动轨迹的位置误差要求，即导轨与有关部件之间的位置精度，如：车床床身导轨相对主轴轴线的平行度。b、影响导向精度的主要因素有：导轨的结构型式，导轨的几何精度和接触精度，导轨和基础件的刚度，导轨的油膜厚度和油膜刚度，导轨和基础件的热变形等。c、几何精度、接触精度。113导向精度导轨在垂直平面和水平面内的直线度114导向精度导轨间的平行度115115（2）刚度和耐磨性为保证长期保持导向精度，需要导轨具有较好的刚度和耐磨性。刚度不足影响部件之间的相对位置精度和导向精度，使导轨面的比压分布不均，家具导轨面的磨损。

耐磨性决定导向精度能否保持长期的关键。常见的磨损形式是磨粒磨损、咬合磨损、疲劳磨损和压溃磨损。滑动导轨磨损的基本形式磨粒磨损和咬合磨损，常相互影响，磨粒磨损一般是咬合磨损的起因，要和磨损又会加剧磨粒磨损。

滚动导轨主要是疲劳磨损。导轨耐磨性主要与导轨的材料及热处理、导轨面的摩擦性质、导轨受力情况及导轨相对运动速度等有关。116（3）低速运动平稳性。为了防止出现爬行现象，在设计低速运行机构时，除提高传动机构的刚度，降低移动件的质量外，在设计中可采取措施来减少静动摩擦系数之差。

a．用滚动摩擦，液体摩擦代替滑动摩擦.

b．使作用在导轨表面的压力降低，如采用卸荷导轨.

c．采用减摩材料。

d．采用导轨油，可大大摩擦面间的静动摩擦系数之差，因而能降低临界速度，甚至全消除爬行。(4)结构简单，工艺性好设计时要注意，使导轨的制造和维护方便，刮研量少，如果是镶装导轨，则应尽量做到更换容易。117117(二)导轨材料1．对导轨材料的要求对导轨材料的主要要求是耐磨性好，工艺性好和成本低等。常用的导轨材料有铸铁、钢、有色金属和塑料。2．导轨材料的搭配(1)在导轨摩擦副中，为了提高耐磨性，动导轨和支承导轨应具有不同的硬度，故应尽量采用不同的材料，如材料相同，应采用不同的热处理。118118(2)在直线运动导轨中，长导轨用耐磨和硬度较高的材料制造等。因为：a．长导轨各处的使用机会难以均等，磨损往往不均匀，不均匀磨损对加工精度影响较大，短导轨磨损均匀，即使磨损大，对加工精度影响也不大。b．减少修理的劳动量，短导轨易刮研，即减轻劳动又节约工时。c．不能完全防护的导轨都是露在外面的长导轨，易被刮伤。(3)在回转运动的运动副中，应将较轻的材料用于动导轨。(4)搭配情况：铸铁---铸铁，铸铁---淬火铸铁，铸铁---淬火钢，有色金属---铸铁，塑料---铸铁，淬火钢-淬火钢等，前者为动导轨，后者为支承导轨，除铸铁外，其它导轨都是镶装的。1191193铸铁(1)铸铁是一种低成本，有良好减振性和耐磨性，容易铸造和切削加工的金属材料。常用的铸铁有灰铸铁、孕育铸铁和耐磨铸铁。(2)铸铁的特点与应用。1)灰铸铁，应用最多的牌号是HT200，HT300，在润滑和防护较好的条件下有一定的耐磨性。铸铁的导轨摩擦副适用于需要手工刮研的导轨；对加工与润滑较好，工作负荷较轻的精密导轨；对加工精度保持性要求不高的次要导轨，不经常工作的导轨；其中包括移置导轨等。2)孕育铸铁耐磨性比灰口铸铁高，在车床，六角车床，铣床磨床上都有应用。1203)耐磨铸铁应用较多的有高磷铸铁，磷铜钛铸铁和钒钛铸铁。a）高磷铸铁的耐磨性比孕育铸铁高一倍多，车床，磨床等机床上采用。b）磷铜钛耐磨铸铁耐磨性比孕育铸铁高1.5~2倍，铸铁质量易控制，但成本较高，多用于精密机床如坐标镗床和螺纹磨床等。c）钒钛耐磨铸铁耐磨性（比孕育铸铁高）与磷铜钛耐磨铸铁相仿，熔铸工艺简便，与灰口铸铁相比，其成本较高，d）考虑到提高耐磨性后修理费用和机床停工损失降低等因素，耐磨铸铁总的经济效果是好的。1211214钢采用淬火钢和氮化钢的镶钢导轨，可大幅度地提高导轨的耐磨性，铸铁-淬火钢导轨摩擦副具有较高的防止撕伤，抗磨料磨损的能力，与铸铁-铸铁导轨摩擦副相比，耐磨性可提高5倍以上。

镶装方法主要有：采用倒装螺钉将钢导轨镶装在铸铁导轨上，或采用焊接镶装、粘接方式。为便于处理和减少变形可以将钢导轨分段镶装。镶装导轨的工艺复杂，加工困难，成本很高。1225塑料(1)常用的塑料导轨有两类：喷涂塑料导轨和粘结塑料导轨，用于喷涂的有锦纶1010和低压聚乙烯粉末，用于粘接的有酚醛类布胶板，通常对导轨用喷涂，对短导轨用粘接。(2)聚氟四乙烯是现有材料中干摩擦系数（f=0.04）最低一种。加入添加剂后可增加耐磨性，故以原四氟乙烯为基本的氟塑料是机床滑动导轨的一种较好的材料，可用环氧树脂粘结在动导轨上。这种导轨可应用于润滑不良或无法润滑的导轨上，即可在干摩擦下使用。这种材料用于数控机床和自动换刀数控机床上，可保证较高的重复定位精度，并满足微量进给时爬行的要求。123123（三）滑动导轨结构1．直线运动导轨直线运动导轨截面的基本形状主要有四种：三角形，矩形，燕尾型和圆柱型。每种之中还有凸凹之分，其中三角凸型导轨称为山型导轨，而三角凹型导轨称V型导轨，凹型导轨中可以存油，润滑条件好，常用于运动速度较高的部件，如磨床及龙门刨床工作台的导轨，但凹型导轨易积存铁屑等脏物，所以用于精密机床上时应加以预防罩，凸型导轨，不易积存铁屑，但不能储存润滑油，所以作低速运动的导轨，如车床纵向溜板的导轨。124124（1）三角形导向性好，磨损后自重下沉而自动补偿间隙。一般夹角为90°，对于重型机床，为了增加承载面积，减小比压，则取110~120°，对于运动精度要求高的机床，为了提高导向作用，夹角也可以小于90°。导向精度高，承载能力大，对温度变化的不敏感性，工艺性好；磨损后不能自动调整间隙。125125（2）矩形加工和维修比较方便，且刚性较好。因为工艺性好，在重型机床上可以用三根四根平行导轨或增加导轨宽度来提高承载能力。缺点是侧表面磨损后不能自动补偿，需用镶条调整，结构复杂，导向精度不高。126126（3）燕尾型

结构紧凑、调整间隙方便。形状复杂、摩擦力大，运动灵活性差。导轨高度较小，能承受一定的颠覆力矩，使用镶条调整间隙，但加工检验不方便，且刚性较差，所以只用于受力小而速度较底的运动导轨，如牛头刨床，车床刀架等。127127（4）圆型刚型强，制造较方便，但磨损后调整间隙较难，用于载荷大，导向性要求高的场合，如摇臂钻床的立柱，插齿机工作台让刀运动导轨。1281285）直线运动导轨常用组合形式为了能承载更大的颠覆力矩，减小导轨上的单位压