第三章 机床主要部件的设计第一节 主轴组件设计一、主轴组件应满足的根本要求一、主轴组件应满足的根本要求1 1、旋转精度、旋转精度2 2、静刚度、静刚度3 3、动刚度、动刚度4 4、温升与热变形、温升与热变形5 5、精度坚持性、精度坚持性第一节 主轴组件设计二、主轴滚动轴承二、主轴滚动轴承优点：优点：1 1足够的刚度、高旋转精度、变足够的刚度、高旋转精度、变转速和变载荷转速和变载荷 下任务平稳；下任务平稳； 2 2质量稳定、本钱低、质量稳定、本钱低、经济性好；经济性好； 3 3容易光滑。容易光滑。缺陷：缺陷：1 1旋转中径向刚度变化大；旋转中径向刚度变化大； 2 2摩擦力大，阻尼小；摩擦力大，阻尼小； 3 3径向尺寸大径向尺寸大1 1、轴承的特点、轴承的特点二、主轴滚动轴承续二、主轴滚动轴承续2 2、主轴滚动轴承的类型选择、主轴滚动轴承的类型选择1 1双列圆柱双列圆柱滚子轴承滚子轴承2 2双列推力双列推力角接触球轴承角接触球轴承二、主轴滚动轴承续二、主轴滚动轴承续2 2、主轴滚动轴承的类型选择、主轴滚动轴承的类型选择3 3角接角接触球轴承触球轴承二、主轴滚动轴承续二、主轴滚动轴承续2 2、主轴滚动轴承的类型选择、主轴滚动轴承的类型选择角接触角接触球轴承球轴承组合组合二、主轴滚动轴承续二、主轴滚动轴承续2 2、主轴滚动轴承的类型选择、主轴滚动轴承的类型选择4 4双双列圆锥列圆锥滚子轴滚子轴承承二、主轴滚动轴承续二、主轴滚动轴承续3 3、轴承的精度选择、轴承的精度选择应采用应采用P2P2、P4P4、P5P5级和级和SPSP、UPUP级级 1切削力方向固定不变的主轴，旋转精度决议于轴切削力方向固定不变的主轴，旋转精度决议于轴承内圈径向跳动。承内圈径向跳动。2切削力方向随主轴旋转同步变化的主轴，旋转精切削力方向随主轴旋转同步变化的主轴，旋转精度决议于外圈径向跳动。度决议于外圈径向跳动。3前轴承的精度对主轴的影响较大，前轴承的精度前轴承的精度对主轴的影响较大，前轴承的精度应比后轴承高一级。实际证明略应比后轴承高一级。实际证明略二、主轴滚动轴承续二、主轴滚动轴承续3 3、轴承的精度选择、轴承的精度选择应采用应采用P2P2、P4P4、P5P5级和级和SPSP、UPUP级级 3前轴承的精度对前轴承的精度对主轴的影响较大，前轴主轴的影响较大，前轴承的精度应比后轴承高承的精度应比后轴承高一级一级二、主轴滚动轴承续二、主轴滚动轴承续4 4、轴承刚度、轴承刚度 滚动轴承的刚度随载荷的添加而增大。滚动轴承的刚度随载荷的添加而增大。线接触轴承的刚度可忽略预紧载荷；点接触线接触轴承的刚度可忽略预紧载荷；点接触轴承，计算刚度时应思索预紧力。轴承，计算刚度时应思索预紧力。三、主轴三、主轴1 1、构造及材质选择、构造及材质选择构造：空心阶梯轴构造：空心阶梯轴资料：淬火钢或渗碳淬火钢，高频淬硬。资料：淬火钢或渗碳淬火钢，高频淬硬。2 2、技术要求、技术要求( (略略) )三、主轴三、主轴2 2、技术要求、技术要求四、主轴组件四、主轴组件1 1、传动方式、传动方式1 1带带 传传 动：构造简单，中心距调整方便，动：构造简单，中心距调整方便，噪声低，平稳，适于高速。噪声低，平稳，适于高速。V V带、多楔带和同带、多楔带和同步带步带2 2齿轮传动：传送大扭矩，构造紧凑，适宜齿轮传动：传送大扭矩，构造紧凑，适宜于变速传动。于变速传动。3 3电机直接驱动：异步电机电机直接驱动：异步电机+ +连轴器、变频连轴器、变频调速电机、电主轴等方式。调速电机、电主轴等方式。四、主轴组件四、主轴组件2 2、传动件的布置、传动件的布置1 1带轮通常安装在后支承的外侧带轮通常安装在后支承的外侧2 2齿轮位于两支承之间那么尽量使大齿轮接近齿轮位于两支承之间那么尽量使大齿轮接近前支承前支承3 3齿轮位于后支承外侧齿轮位于后支承外侧4 4齿轮外增设辅助支承齿轮外增设辅助支承四、主轴组件四、主轴组件3 3、主轴的轴向定位、主轴的轴向定位1 1前端定位：适于轴前端定位：适于轴向精度和刚度高的高精度向精度和刚度高的高精度机床合数控机床；机床合数控机床；2 2后端定位：适于轴后端定位：适于轴向精度不高的普通机床，向精度不高的普通机床，卧车、立铣等；卧车、立铣等；3 3两端定位：用于短两端定位：用于短主轴或轴向间隙变化不影主轴或轴向间隙变化不影响任务的机床，如钻床、响任务的机床，如钻床、组合机床等。组合机床等。五、主轴主要尺寸参数确实定略五、主轴主要尺寸参数确实定略第二节 支承件设计一、支承件应满足的根本要求1 1、足够的刚度和较高的固有频率、足够的刚度和较高的固有频率2 2、良好的动态特性、良好的动态特性3 3、构造合理，外形稳定，热变形小、构造合理，外形稳定，热变形小4 4、排屑通畅，工艺性好，本钱低、排屑通畅，工艺性好，本钱低二、支承件受力分析1、中小型机床：以切削力为主；2、精细和高精度机床：以挪动部件的分量和热应力为主；3、大型机床：工件重力、挪动部件重力和切削力模型简化：模型简化：1、梁或柱、梁或柱 2、板、板 3、箱体箱体三、支承件构造设计截面外形选择1、空心薄壁大截面支承件刚度大；2、方截面抗弯强度高于圆截面，抗扭刚度低于圆截面；3、不封锁截面刚度远小于封锁截面刚度，抗扭刚度下降大。三、支承件构造设计截面外形选择四、提高支承件静刚度的措施1、隔板和加强筋四、提高支承件静刚度的措施2、开口后的刚度补偿3、提高接触刚度五、支承件的资料1、铸 3、预应力钢筋混凝土2、钢材 4、树脂混凝土六、提高支承件动刚度2、提高动刚度措施： 1提高静刚度和固有频率 2添加阻尼1、机床的常见振动： 1整机摇摆振动 2结合面间的相对振动 3零部件的本体振动六、提高支承件动刚度2、提高动刚度措施： 1提高静刚度和固有频率 2添加阻尼六、提高支承件动刚度2、提高动刚度措施： 1提高静刚度和固有频率 2添加阻尼第三节 导轨设计一、导轨的功用和根本要求1、功用：、功用：支承并引导运动部件沿一定的轨迹运动。支承并引导运动部件沿一定的轨迹运动。1 1按运动性质：按运动性质： 主运动导轨：相对运动速度较高主运动导轨：相对运动速度较高 进给运动导轨：相对运动速度较低进给运动导轨：相对运动速度较低 移置导轨：用于调整部件间相对位置，移置导轨：用于调整部件间相对位置，任务中无相对运动任务中无相对运动2、分类：、分类：2 2按摩擦性质：按摩擦性质： 滑动导轨：相对运动速度较高滑动导轨：相对运动速度较高, ,分分静压滑动导轨和动压滑动导轨；静压滑动导轨和动压滑动导轨； 静压滑动导轨：多用于高精度机床的进静压滑动导轨：多用于高精度机床的进给导轨；给导轨； 动压滑动轴承：适用于高速主运动导轨动压滑动轴承：适用于高速主运动导轨 滚动导轨：相对运动速度较低滚动导轨：相对运动速度较低2、分类续：、分类续：2、分类续：、分类续：3 3按受力形状：按受力形状： 开式导轨：开式导轨：不能接受颠翻力矩，不能接受颠翻力矩，适用于大型机床的程适用于大型机床的程度导轨；度导轨； 闭式导轨：可以接闭式导轨：可以接受较大的颠翻力矩。受较大的颠翻力矩。3、导轨应满足的根本要求、导轨应满足的根本要求1导向精度2精度坚持性3刚度4低速运动平稳性5构造简单，工艺性好二、滑动导轨构造设计1、导轨的截面外形、导轨的截面外形二、滑动导轨构造设计1、导轨的截面外形、导轨的截面外形二、滑动导轨构造设计1、导轨的截面外形、导轨的截面外形优点缺陷运用双矩形导轨构造简单，易制造，刚度和承载才干大，安装和调整方便磨损后不能自动应有间隙调整机构补偿普通精度机床、中型机床三角形和矩形导轨组合导向性好、制造方便、刚度高三角形导轨加工困难广泛用于常用机床的床身导轨燕尾形和矩形导轨组合调整方便，接受力矩大。燕尾导轨高度小，可以受倾覆力矩燕尾导轨刚度差，加工、检查、维修不便适用于受力小，构造层次多，间隙调整方便之处，多用于横梁、立柱、摇臂导轨2、导轨间隙调整、导轨间隙调整1辅助导轨副间隙调整2、导轨间隙调整、导轨间隙调整2矩形导轨和燕尾导轨的间隙调整2、导轨间隙调整、导轨间隙调整2矩形导轨和燕尾导轨的间隙调整三、提高滑动导轨耐磨性的措施1、选用适宜的资料、选用适宜的资料 1铸铁铸铁 2钢钢 3塑料塑料2、导轨面的精加工方、导轨面的精加工方法及其精度法及其精度3、许用压强对耐磨性、许用压强对耐磨性的影响的影响4、光滑剂对耐磨性的、光滑剂对耐磨性的影响影响四、静压导轨优点：摩擦系数低，效率高，精度坚持性优点：摩擦系数低，效率高，精度坚持性好，精度高，抗振性能好，低速运动平稳，好，精度高，抗振性能好，低速运动平稳，防爬行性能良好。防爬行性能良好。缺陷：构造复杂，需一套液压系统。缺陷：构造复杂，需一套液压系统。1 1、定义、定义2 2、特点：、特点：五、直线滚动导轨1、概述1 1特点：摩擦系数小，运动平稳，特点：摩擦系数小，运动平稳，不易爬行；精度坚持性好；抗振性能不易爬行；精度坚持性好；抗振性能差，需有良好的防护措施。差，需有良好的防护措施。2 2分类：循环式和非循环式分类：循环式和非循环式2、任务原理1 1直线滚动导轨原理直线滚动导轨原理2、任务原理2 2滚动导轨块原理滚动导轨块原理3、精度与刚度1 1精度精度1 16 6级，级，1 1级最高级最高2 2导轨预紧导轨预紧4、导轨设计略1、爬行景象和机理六、低速运动平稳性1、爬行景象和机理六、低速运动平稳性2、消除爬行的措施1减小静动摩擦系数差，改动动摩擦系数随速度添加而减小的特性1 1滚动替代滑动滚动替代滑动2 2液摩擦替代滑动摩擦液摩擦替代滑动摩擦3 3减摩资料减摩资料4 4公用导轨油公用导轨油2提高传动系统刚度1 1加大丝杠直径，轴承适度预紧加大丝杠直径，轴承适度预紧2 2缩短传动链，合理分配传动比缩短传动链，合理分配传动比3 3防止油液混入空气防止油液混入空气第四节 滚珠丝杠螺母副机构一、任务原理及特点一、任务原理及特点1 1、任务原理、任务原理2 2、特点：、特点：1 1传动效率高，摩擦损失小传动效率高，摩擦损失小2 2定位精度高，刚度好定位精度高，刚度好3 3运动平稳，无爬行，传动精度高运动平稳，无爬行，传动精度高4 4有可逆性，丝杠和螺母都可以作为自动件有可逆性，丝杠和螺母都可以作为自动件5 5磨损小，寿命长磨损小，寿命长6 6制造工艺复杂制造工艺复杂7 7不能自锁不能自锁二、滚珠丝杠副的构造和轴向间二、滚珠丝杠副的构造和轴向间隙调整方法隙调整方法1 1、螺纹滚道法向截面外形及主要尺寸、螺纹滚道法向截面外形及主要尺寸1 1单圆弧型面单圆弧型面2 2双圆弧型面双圆弧型面2 2、滚珠循环方式、滚珠循环方式1 1内循环内循环2 2外循环外循环二、滚珠丝杠副的构造和轴向间隙二、滚珠丝杠副的构造和轴向间隙调整方法调整方法3 3、滚珠丝杠副轴向间隙的调整和施加、滚珠丝杠副轴向间隙的调整和施加预紧力的方法预紧力的方法1 1垫片调隙式垫片调隙式3 3、滚珠丝杠副轴向间隙的调整和施加、滚珠丝杠副轴向间隙的调整和施加预紧力的方法预紧力的方法2 2螺纹调隙式螺纹调隙式3 3、滚珠丝杠副轴向间隙的调整和施加、滚珠丝杠副轴向间隙的调整和施加预紧力的方法预紧力的方法3 3齿差调隙式齿差调隙式三、滚珠丝杠副的精度三、滚珠丝杠副的精度四、滚珠丝杠的设计计算四、滚珠丝杠的设计计算五、稳定性及支承五、稳定性及支承略2、支承方式1 1两端固定两端固定2 2一端固定，一端游动一端固定，一端游动3 3一端固定，一端自在一端固定，一端自在1、稳定性