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1、第三章 机床主要部件的设计,第一节 主轴组件设计,二、主轴滚动轴承,优点：（1）足够的刚度、高旋转精度、变转速和变载荷 下工作平稳； （2）质量稳定、成本低、经济性好； （3）容易润滑。 缺点：（1）旋转中径向刚度变化大； （2）摩擦力大，阻尼小； （3）径向尺寸大,1、轴承的特点,二、主轴滚动轴承（续）,2、主轴滚动轴承的类型选择,（1）双列圆柱滚子轴承 （2）双列推力角接触球轴承,二、主轴滚动轴承（续）,2、主轴滚动轴承的类型选择,（3）角接触球轴承,二、主轴滚动轴承（续）,2、主轴滚动轴承的类型选择,角接触球轴承组合,二、主轴滚动轴承（续）,2、主轴滚动轴承的类型选择,（4）双列圆锥滚子
2、轴承,二、主轴滚动轴承（续）,3、轴承的精度选择,应采用P2、P4、P5级和SP、UP级,（1）切削力方向固定不变的主轴，旋转精度决定于轴承内圈径向跳动。 （2）切削力方向随主轴旋转同步变化的主轴，旋转精度决定于外圈径向跳动。 （3）前轴承的精度对主轴的影响较大，前轴承的精度应比后轴承高一级。（理论证明略）,二、主轴滚动轴承（续）,3、轴承的精度选择,应采用P2、P4、P5级和SP、UP级,（3）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,二、主轴滚动轴承（续）,4、轴承刚度,滚动轴承的刚度随载荷的增加而增大。线接触轴承的刚度可忽略预紧载荷；点接触轴承，计算刚度时应考虑预紧力。
3、,三、主轴,1、结构及材质选择,结构：空心阶梯轴 材料：淬火钢或渗碳淬火钢，高频淬硬。,2、技术要求(略),三、主轴,2、技术要求,四、主轴组件,1、传动方式,（1）带 传 动：结构简单，中心距调整方便，噪声低，平稳，适于高速。（V带、多楔带和同步带） （2）齿轮传动：传递大扭矩，结构紧凑，适合于变速传动。 （3）电机直接驱动：异步电机+连轴器、变频调速电机、电主轴等形式。,四、主轴组件,2、传动件的布置,（1）带轮通常安装在后支承的外侧 （2）齿轮位于两支承之间则尽量使大齿轮靠近前支承 （3）齿轮位于后支承外侧 （4）齿轮外增设辅助支承,四、主轴组件,3、主轴的轴向定位,（1）前端定位：适于
4、轴向精度和刚度高的高精度机床合数控机床； （2）后端定位：适于轴向精度不高的普通机床，卧车、立铣等； （3）两端定位：用于短主轴或轴向间隙变化不影响工作的机床，如钻床、组合机床等。,五、主轴主要尺寸参数的确定（略）,第二节 支承件设计,一、支承件应满足的基本要求,1、足够的刚度和较高的固有频率 2、良好的动态特性 3、结构合理，形状稳定，热变形小 4、排屑通畅，工艺性好，成本低,二、支承件受力分析,1、中小型机床：以切削力为主； 2、精密和高精度机床：以移动部件的重量和热应力为主； 3、大型机床：工件重力、移动部件重力和切削力,模型简化： 1、梁或柱 2、板 3、箱体,三、支承件结构设计,截面
5、形状选择,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、不封闭截面刚度远小于封闭截面刚度，抗扭刚度下降大。,三、支承件结构设计,截面形状选择,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、支承件的材料,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）增加阻尼,1、机床的常见振动： （1）整机摇晃振动 （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： （
6、1）提高静刚度和固有频率 （2）增加阻尼,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）增加阻尼,第三节 导轨设计,一、导轨的功用和基本要求,1、功用： 支承并引导运动部件沿一定的轨迹运动。,（1）按运动性质： 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 移置导轨：用于调整部件间相对位置，工作中无相对运动,2、分类：,（2）按摩擦性质： 滑动导轨：相对运动速度较高,分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给导轨； 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,2、分类（续）：,2、分类（续）：,（3）
7、按受力状态： 开式导轨：不能承受颠翻力矩，适用于大型机床的水平导轨； 闭式导轨：可以承受较大的颠翻力矩。,3、导轨应满足的基本要求,（1）导向精度 （2）精度保持性 （3）刚度 （4）低速运动平稳性 （5）结构简单，工艺性好,二、滑动导轨结构设计,1、导轨的截面形状,二、滑动导轨结构设计,1、导轨的截面形状,二、滑动导轨结构设计,1、导轨的截面形状,2、导轨间隙调整,（1）辅助导轨副间隙调整,2、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,（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、选用合适的材料 （1）铸铁 （2）钢 （3）塑料 2、导轨面的
8、精加工方法及其精度 3、许用压强对耐磨性的影响 4、润滑剂对耐磨性的影响,四、静压导轨,优点：摩擦系数低，效率高，精度保持性好，精度高，抗振性能好，低速运动平稳，防爬行性能良好。 缺点：结构复杂，需一套液压系统。,1、定义 2、特点：,五、直线滚动导轨,1、概述,（1）特点：摩擦系数小，运动平稳，不易爬行；精度保持性好；抗振性能差，需有良好的防护措施。 （2）分类：循环式和非循环式,2、工作原理,（1）直线滚动导轨原理,2、工作原理,（2）滚动导轨块原理,3、精度与刚度,（1）精度16级，1级最高 （2）导轨预紧,4、导轨设计（略）,1、爬行现象和机理,六、低速运动平稳性,1、爬行现象和机理,
9、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，改变动摩擦系数随速度增加而减小的特性,1）滚动代替滑动 2）液摩擦代替滑动摩擦 3）减摩材料 4）专用导轨油,（2）提高传动系统刚度,1）加大丝杠直径，轴承适度预紧 2）缩短传动链，合理分配传动比 3）防止油液混入空气,第四节 滚珠丝杠螺母副机构,一、工作原理及特点,1、工作原理,2、特点：,（1）传动效率高，摩擦损失小 （2）定位精度高，刚度好 （3）运动平稳，无爬行，传动精度高 （4）有可逆性，丝杠和螺母都可以作为主动件 （5）磨损小，寿命长 （6）制造工艺复杂 （7）不能自锁,二、滚珠丝杠副的结构和轴向间隙调整方法,1、螺纹滚道法向截面形状及主要尺寸,（1）单圆弧型面 （2）双圆弧型面,2、滚珠循环方式,（1）内循环 （2）外循环,二、滚珠丝杠副的结构和轴向间隙调整方法,3、滚珠丝杠副轴向间隙的调整和施加预紧力的方法,（1）垫片调隙式,3、滚珠丝杠副轴向间隙的调整和施加预紧力的方法,（2）螺纹调隙式,3、滚珠丝杠副轴向间隙的调整和施加预紧力的方法,（3）齿差调隙式,三、滚珠丝杠副的精度,四、滚珠丝杠的设计计算,五、稳定性及支承,（略）,2、支承形式,（1）两端固定 （2）一端固定，一端游动 （3）一端固定，一端自由,1、稳定性,