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1、2019/7/3,机械制造装备设计,1,第三章 典型部件设计,第一节 主轴部件设计 第二节 支承件设计 第三节 导轨设计 第四节 机床刀架和自动换刀装置设计,2019/7/3,机械制造装备设计,2,第一节 主轴部件设计,主轴部件包括: 主轴、主轴轴承、传动件、及其它附件,2019/7/3,机械制造装备设计,3,第一节 主轴部件设计,一 、主轴部件应满足的基本要求 二、 主轴部件的传动方式 三、 主轴部件结构设计 四、 主轴滚动支承 五 、主轴滑动轴承 六、主轴动态设计及优化设计,2019/7/3,机械制造装备设计,4,一 、主轴部件应满足的基本要求,1、旋转精度 在无载荷、低速运动条件下，主轴
2、前 端定位面的径向和轴向跳动。它取决于主 轴 、轴承、箱体孔等的制造、装配和调整 精度。 2、刚度 静刚度：ki=Fi/Yi 动刚度：kd=Fd/Yd,2019/7/3,机械制造装备设计,5,3、抗振性 它主要指主轴部件抵抗受迫振动和自激振动的能力。 4、温升和热变形 5、精度保持性,2019/7/3,机械制造装备设计,6,二、主轴部件的传动方式,1、齿轮传动 扭矩大，线速度不能太高，V1215m/s； 传动平稳性差， 齿轮平稳性精度取56级, 采用斜齿轮B小于等于1520度； 精密机床齿轮与主轴采用圆锥配合。 2、带传动 3、电动机直接驱动,2019/7/3,机械制造装备设计,7,三、主轴部
3、件结构设计,（一）主轴部件的支承数目 （二）推动轴承位置配制形式 （三）主轴传动件位置的合理布局 （四）主轴主要结构参数的确定 （五）主轴,2019/7/3,机械制造装备设计,8,三、主轴部件结构设计,（一）主轴部件的支承数目 多数机床主轴采用前、后双支承； 为提高刚度和抗振性，有的机床主轴采用三支承， 且以前、中支承为主要支承的较多。,2019/7/3,机械制造装备设计,9,（二）推动轴承位置配制形式 前端配置、两端配置、 中间配置、后端配置。,2019/7/3,机械制造装备设计,10,（三）主轴传动件位置的合理布局,1、传动件在主轴上轴向位置的合理布置 2、驱动主轴的传动轴的合理布置,20
4、19/7/3,机械制造装备设计,11,（四）主轴主要结构参数的确定,1、主轴前轴颈直径D1的选取 D1一般按机床类型、主轴传递的 功率或最大加工直径参考表3-10选取。 车床和铣床后轴径的直径 D2(0.70.85)D1,2019/7/3,机械制造装备设计,12,2、主轴内孔直径d的确定 主轴内孔直径d与用途有关。 由材料力学视抗弯强度要求确定。 3、主轴前端悬伸量a的确定 尽可能小，受主轴端部结构限制， 已标准化 4、主轴主要支承间跨距的确定 0(23.5)a 存在一个最佳跨距,此时因主轴弯 曲变形和支承变形引起主轴前轴端的 总位移量为最小。,2019/7/3,机械制造装备设计,13,（五）
5、主轴,1、主轴的构造 主轴是一个阶梯轴，其具体结构 根据主轴上安装的传动件、支承等零 件的类型数量位置和安装方法来决定。 同时还要考虑主轴的加工和装配的工 艺性。主轴一般是空心轴，其头部的 形状和尺寸已经标准化。,2019/7/3,机械制造装备设计,14,2、主轴的材料和热处理 一般机床主轴采用45#、60#、优质中 碳钢。热处理过程为经调质后，在定心 锥面、锥孔、主轴轴颈等部位高频淬硬， 以提高其耐磨性。 精密机床淬火应力要小,采用40Cr 或20Cr渗碳淬火。 高精密机床 支承为滑动轴承的采用38CrMoAlA氮化处理。,2019/7/3,机械制造装备设计,15,3、主轴的技术要求,201
6、9/7/3,机械制造装备设计,16,四、主轴滚动支承,(一) 主轴部件主支承常用 滚动轴承 1、角接触球轴承 2、双列短圆柱滚子轴承 3、圆锥滚子轴承 4、推力轴承 5、双向推力角接触球轴承 6、陶瓷滚动轴承 7、磁浮轴承,2019/7/3,机械制造装备设计,17,2019/7/3,机械制造装备设计,18,2019/7/3,机械制造装备设计,19,(二) 几种典型的主轴轴承 配置型式 1、速度型 2、刚度型 3、刚度速度型,2019/7/3,机械制造装备设计,20,2019/7/3,机械制造装备设计,21,(三) 滚动轴承精度等级选择 由于前轴承比后轴承影响大,故选择时 一般前轴承的精度要比后
7、轴承高。与主轴的选配,2019/7/3,机械制造装备设计,22,(四) 主轴滚动轴承的预紧 1、双列短圆柱滚子轴承的预紧 用螺母轴向移动轴承内圈，使其径向涨紧，实现预紧；采用过盈套进行轴向定位。,2019/7/3,机械制造装备设计,23,2、角接触球轴承的预紧 用螺母使内、外圈产生轴向错位，同时实现径向和轴向预紧。,2019/7/3,机械制造装备设计,24,(五)滚动轴承的润滑和密封 选择润滑方式主要依据： 轴承的类型、转速、工作载荷； 常用油润滑、脂润滑两种方式； 选择密封方式主要依据： 轴的转速、轴承润滑方式、 轴端结构、轴承工作温度、 轴承工作时的外界环境等。,2019/7/3,机械制造
8、装备设计,25,五 、主轴滑动轴承,(一)动压轴承 、固定多油楔滑动轴承,2019/7/3,机械制造装备设计,26,、活动多油楔滑动轴承,2019/7/3,机械制造装备设计,27,(二)液体静压轴承 液体静压轴承系统由一套专用供油系统、节流器和轴承三部分组成。 节流器有固定节流器和可变节流器 两大类。,2019/7/3,机械制造装备设计,28,(三)气体静压轴承 气体静压轴承指用空气作为介质的静压 轴承，也称为气浮轴承或空气轴承。 主轴结构形式有三种： 1、具有径向圆柱与平面止推型轴承； 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。,2019/7/3,机械制造装备设计
9、,29,补充： 1、主轴最佳跨度的计算 2、主轴有限元分析,2019/7/3,机械制造装备设计,30,第二节 支承件设计,一、支承件的功能和应满足的 基本要求 （一）支承件的功能 支承件指床身、立柱、横梁、摇臂、底座、刀架、工作台、箱体或升降台等大尺寸零件，即大件，是机床的基础构件。,2019/7/3,机械制造装备设计,31,（二）支承件应满足的基本要求 1 、足够的刚度，较高的刚度-质量比； 2 、好的动态特性 动刚度 、 阻尼特性 高的固有频率 防止共振 、薄壁噪声 3、热稳定性好 4、排屑畅通，便于安装,2019/7/3,机械制造装备设计,32,二 、支承件的结构设计,(一)机床的类型、
10、布局和支承件的形状 1、机床的类型 按所承受外载荷的特点，分为： 以切削力为主的中小型机床； 以移动件的重力和热应力为主的精密 和高精密机床； 重力和切削力必须同时考虑的 大型和重型机床。,2019/7/3,机械制造装备设计,33,2、机床的布局形式对支承件形状的影响,2019/7/3,机械制造装备设计,34,3、支承件的形状 (1)箱形类 (2)板块类 (3)梁类,2019/7/3,机械制造装备设计,35,(二)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。静刚度主要包括弯曲刚度和扭转静刚度，均与截面惯性矩成正比。,2019/7/3,机械制造装备设计,36
11、,(三)支承件肋板和肋条的布置,2019/7/3,机械制造装备设计,37,(四)合理选择支承件的壁厚 当量尺寸C C=（2L+B+H）/3 L、B、H分别为支承件的长、宽、高,2019/7/3,机械制造装备设计,38,三 、支承件的材料,（一）铸铁 阻尼大 动态性能好 （二）钢板焊接结构 单件小批量生产 动刚度-质量比大 （三）预应力钢筋 混凝土,2019/7/3,机械制造装备设计,39,（四）天然花岗岩 （五）树脂混凝土 整体结构 分块结构 框架结构,2019/7/3,机械制造装备设计,40,四 、提高支承件结构 性能的措施,（一）提高支承件静刚度和固有频率,2019/7/3,机械制造装备设
12、计,41,（二）提高动态特性 改善阻尼特性、采用新材料,2019/7/3,机械制造装备设计,42,（三）提高热稳定性 1、控制温升 2、采用热对称结构 3、采用热补偿装置 4、减少热变形材料 的体积,2019/7/3,机械制造装备设计,43,第三节 导轨设计,一 、导轨的功用和应满足的 基本要求 （一）导轨的功用和分类 导轨用于承受载荷和导向，按结构形式可分为开式导轨、闭式导轨。,2019/7/3,机械制造装备设计,44,（二）导轨应满足的要求 1、导向精度； 2、承载能力大，刚度好； 3、精度保持性好； 4、低速运动平稳性； 5、结构简单，工艺性好。,2019/7/3,机械制造装备设计,45
13、,二 、导轨的截面形状选择和 导轨间隙的调整,(一)直线运动导轨的截面形状 1、矩形导轨 2、三角形导轨 3、燕尾形导轨 4、圆柱形导轨,2019/7/3,机械制造装备设计,46,(二)回转运动 导轨的截 面形状 1、平行环形导轨 2、锥面环形导轨 3、双锥面导轨,2019/7/3,机械制造装备设计,47,(三)导轨的组合形式 1、双三角形导轨 2、双矩形导轨 3、矩形和三角形导轨的组合 4、矩形和燕尾形导轨的组合,2019/7/3,机械制造装备设计,48,(四)导轨间隙的调整 1、压板,2019/7/3,机械制造装备设计,49,2、镶条,2019/7/3,机械制造装备设计,50,3、导向调整
14、板,2019/7/3,机械制造装备设计,51,三 、导轨的结构类型及特点,（一）滑动导轨 1、粘贴塑料软带导轨 2、金属塑料复合导轨板 3、塑料涂层 4、镶钢导轨,2019/7/3,机械制造装备设计,52,（二）静压导轨,2019/7/3,机械制造装备设计,53,（三）卸荷导轨,2019/7/3,机械制造装备设计,54,（四）滚动导轨 按滚动体类型可分为： 滚珠、滚柱、滚针 按循环方式可分为： 循环式、非循环式 （五）导轨的设计 滑动导轨的设计 滚动导轨的设计,2019/7/3,机械制造装备设计,55,四、提高导轨精度、刚度和耐磨性的措施,（一）合理选择导轨的材料和 热处理 1、铸铁导轨 2、镶钢 3、有色金属 4、塑料,2019/7/3,机械制造装备设计,56,（二）导轨的预紧 （三）导轨的良好润滑和可靠防护 （四）争取无磨损、少磨损、 均匀磨损，磨损后能补偿 磨损量。,
