《机械制造工程之第四课-机床主要部件设计理论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械制造工程之第四课-机床主要部件设计理论（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章 机床主要部件设计理论,4。1 机床的主轴组件 4。1。1 主轴组件的基本要求 保证机床在一定的载荷与转速下，主轴能带动工件或刀具精确的、稳定的绕其轴心旋转，并长期的保持这一性能。,1、旋转精度,主轴组件的旋转精度是指机床在空载低速旋转时，在主轴前端等部位上用千分表测得的径向挑动、端面跳动和轴向串动的大小。 此项精度主要是由主轴、主轴轴承、支承座和主轴上其他有关零件的制造和装配质量决定的。,2、刚度,主轴组件的刚度是指在外载荷作用下抵抗变形的能力，可用P/y表示。 主轴的刚度包括主轴、轴承、和支承座的刚度，直接影响主轴组件的工作质量。 主轴的刚度好，说明主轴的静态工作精度好。,3、抗振性
2、,主轴组件的抗振性是指机床进行切削时其抵抗振动保持平稳运转的能力，振动的大小是以同样力的作用下主轴端部测得的最大振幅来衡量。 主轴组件的振动有强迫振动和自己振动两种。 影响主轴组件抗振性的主要因素是主轴组件的阻尼、刚度和固有频率。 抗振性好，主轴的动态工作精度好。,4、温升和热变形,主轴组件的热变形是指机床工作是因各相对运动处的摩擦和搅油等损耗导致的发热所造成的温差，使主轴在形状和位置上产生的畸变。 主轴组件产生文生、热变形的热源主要是主轴支承中的径向和轴向轴承、润滑油以及直接装在机床主轴上的电动机。 热变形小，主轴的动态工作精度好。,5、耐磨性,主轴组件的耐磨性是指长期地保持其原始制造精度的
3、能力。 影响耐磨性的主要因素有主轴和主轴轴承的材料与热处理，轴承类型及润滑方式。 耐磨性能好，主轴的精度保持性好。,主轴的结构要求,1）主轴的可靠定位 2）主轴端部结构应保证工件和刀具装夹定位可靠。 3）保持长期可靠的运转。 4）结构工艺性好。,4.1.2 主轴组件的布局,1）主轴前后支承间的跨距 主轴端部受力后，主轴和支承都会产生弹性变形，使主轴端部产生位移。 y= y1+y2 其中 y1=1/3EJPa2(L+a) y2=P (1+a/L)2/K1+ (a/L)2/K2,主轴端部位移y,第一项:主轴悬伸部分变形的影响 第二项:跨距L的两支点梁变形的影响 第三、四项:前、后支承变形的影响,1
4、）主轴的合理跨距L合理,当L= L合理时，主轴端部的位移值最小，即y=ymin,支承距与主轴变形的关系,1)L L合理,应提高主轴刚性， 如果主轴刚性不足的时候，应该缩小L 1)LL合理,应提高支承刚性 如果支承刚性不足的时候，应加大L,推荐； 1) L合理=（1-5）a,当a小值机床，L取大值，当a大值机床，L取小值。,2）主轴的悬伸量,主轴的悬伸量a的缩减队主轴部件刚度的提高，有显著影响。 主轴端部悬伸量a取决于主轴端部的结构形状和尺寸，同时和前轴承的类型以及组合形式、工件或夹具的夹紧方式以及前支承的润滑与密封装置的结构尺寸有关。,4。1。3主轴轴承的选择和布置形式,1）适应承栽能力和刚度
5、的要求 2）适应精度的要求 后端定位 1 两端定位 前端定位 3）适应高转速的要求 4）适应结构的要求,背对背,面对面,一个支承中两个轴承的安装方法,向心推力球轴承的安装方法,背对背,面对面,串联配置,4。1。4滚动轴承间隙的调整和预紧,1）当轴承有较大的径向间隙时，会使主轴发生轴心位移而影响机床的工作精度。 2）轴承不同的预紧形式对受力的影响 3）预加载荷过大，磨损和发热大为增加，显著地降低轴承的使用寿命。,4）调整轴承间隙的方法(预紧),4。2机床的支承件及导轨,4。2。1 支承件的基本要求 机床中的支承件主要是指床身、立柱、横梁、底座等。 1）刚度 工件的静刚度主要指本身的结构刚度和接触
6、刚度，动刚度是衡量抗振性的主要指标。 2）热变形 3）内应力 支承件必须进行时效处理,4。2。2导轨的基本要求,机床通过导轨来保证刀具或工件的运动方向而进行工作。导轨用来支承和引导运动部件沿着一定的轨迹准确地运动。 所以导轨要满足1）较高的导向精度 2）高的刚度 3）高的耐磨性 4）低速均匀性 精度保持性是导轨设计制造的关键，一方面可以提高导轨材料的耐磨性，另一方面取决于两相配到归接触的情况。,4。2。3滑动导轨的设计,1）滑动导轨的结构形式 （1）矩形导轨 直线运动导轨 （2）三角形导轨 （3）燕尾形导轨 （4）圆柱形导轨 （5）平面圆环导轨 圆周运动导轨 （6）锥形圆环导轨 （7）v形圆环
7、导轨,直线导轨截面,三角形导轨：磨损后能自动补偿，故导向精度高。它的截面角度由载荷大小及导向要求而定，一般为90。如果导轨上所受的力，在两个方向上的分力相差很大，应采用不对称三角形，以使力的作用方向尽可能垂直于导轨面。 矩形导轨：优点是结构简单，制造、检验和修理方便；导轨面较宽，承载力较大，刚度高，故应用广泛。但它的导向精度没有三角形导轨高；导轨间隙需用压板或镶条调整，且磨损后需重新调整。,燕尾形导轨：调整及夹紧较简便，用一根镶条可调节各面的间隙，且高度小，结构紧凑；但制造检验不方便，摩擦力较大，刚度较差。用于运动速度不高，受力不大，高度尺寸受限制的场合。 圆形导轨：制造方便，外圆采用磨削，内
8、孔珩磨可达精密的配合，但磨损后不能调整间隙。为防止转动，可在圆柱表面开键槽或加工出平面，但不能承受大的扭矩。宜用于承受轴向载荷的场合。,4。2。3。2导轨的组合,（1）双三角形组合 （2）双矩形组合 （3）三角形-平行组合 （4）三角形-矩形组合 （5）平面-平面-三角形组合 （6）三角形、三角形、平面组合,三角形和矩形组合：这种组合形式以三角导轨为导向面，导向精度较高，而平导轨的工艺性好，因此应用最广。,矩形和矩形组合：承载面和导向面分开，因而制造和调整简单。导向面的间隙用镶条调整，接触刚度低。,4.2.3.3 间隙调整,为保证导轨正常工作，导轨滑动表面之间应保持适当的间隙。间隙过小，会增加
9、摩擦阻力；间隙过大，会降低导向精度。导轨的间隙如依靠刮研来保证，要废很大的劳动量，而且导轨经过长期使用后，会因磨损而增大间隙，需要及时调整，故导轨应有间隙调整装置。,矩形导轨需要在垂直和水平两个方向上调整间隙。在垂直方向上，一般采用下压板调整它的低面间隙，其方法有： a）刮研或配磨下压板的结合面； b）用螺钉调整镶条位置； c）改变垫片的片数或厚度；,在水平方向上，常用平镶条或斜镶条调整它的侧面间隙,导轨的摩擦形式 （1）边界摩擦 （2）班液体摩擦 （3）动压液体摩擦 导轨的磨损形式 （1）磨粒磨损 r=kpv u=rt=kpvt=kps （2）咬合磨损,4。2。3。5滑动导轨的摩擦和磨损,（
10、1）合理选择材料和热处理 （2）提高导轨的精度和降低表面粗糙度 （3）导轨的载荷 （4）导轨的防护和润滑,4。2。3。6提高滑动导轨耐磨性的措施,在承导件和运动件之间放入一些滚动体（滚珠、滚柱或滚针），使相配的两个导轨面不直接接触的导轨，称为滚动导轨。 滚动导轨的特点是 1、摩擦阻力小，运动轻便灵活； 2、磨损小，能长期保持精度； 3、动、静摩擦系数差别小，低速时不易出现“爬行”现象，故运动均匀平稳。 因此，滚动导轨在要求微量移动和精确定位的设备上，获得日益广泛的运用。,4。2。4 滚动导轨简介,滚动导轨的缺点是： 1、导轨面和滚动体是点接触或线接触，抗振性差，接触应力大，故对导轨的表面硬度要求高； 2、对导轨的形状精度和滚动体的尺寸精度要求高。 3、结构复杂、制造成本较高。,结构形式,滚珠导轨-图示为V-平截面的滚珠导轨由于滚珠和导轨面是点接触，故运动轻便，但刚度低，承载能力小。常用于运动件重量、载荷不大的场合。,滚柱（滚针）导轨-滚柱导轨中的滚柱与导轨面是线接触，故它的承载能力和刚度比滚珠导轨大，耐磨性较好，灵活性稍差。,
