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1、1. 1. 直线导轨的分类及应用直线导轨的分类及应用 滑动滑动 滚动滚动 静压（气、液）静压（气、液） 力封式（开式）力封式（开式）自封式（闭式）自封式（闭式）2. 2. 滑动直线导轨设计的主要内容滑动直线导轨设计的主要内容 六项基本要求及评价参数六项基本要求及评价参数 结构设计：导轨截面、导轨组合结构设计：导轨截面、导轨组合 承导件、运动件材料及工艺承导件、运动件材料及工艺上次课程主要内容上次课程主要内容23/0123/015. 5. 滚动导轨设计滚动导轨设计（1 1）滚动导轨的特点）滚动导轨的特点 在导轨之间放置滚珠、滚柱等滚动体，在导轨之间放置滚珠、滚柱等滚动体，使导轨运动转变为滚动摩擦
2、。使导轨运动转变为滚动摩擦。23/0223/02滚滚珠珠类类滚滚柱柱类类圆柱滚子导轨圆柱滚子导轨滚珠直线导轨滚珠直线导轨物场分析原理：物场分析原理：增加或改变中介（场），因此获增加或改变中介（场），因此获得设备新功能或性能提升。得设备新功能或性能提升。增加场：增加场：滚动体、高压液、高压气滚动体、高压液、高压气滚动导轨优点：滚动导轨优点：摩擦系数小，动与静摩擦系数接近；摩擦系数小，动与静摩擦系数接近；运动灵敏轻便，移动、定位精度高；运动灵敏轻便，移动、定位精度高；低速、重载时不易出现低速、重载时不易出现“爬行爬行”现象；现象；钢制淬硬导轨耐磨性好，精度保持性好；钢制淬硬导轨耐磨性好，精度保持性
3、好；对温度变化的敏感性较低；对温度变化的敏感性较低；高速运动时无动压效应高速运动时无动压效应; ;润滑简单，维修方便。润滑简单，维修方便。23/0323/03滚动导轨缺点：滚动导轨缺点：点接触或点接触或线接触，抗振差，接触接触，抗振差，接触应力大；力大；导轨表面硬度、精度、表面硬度、精度、滚动体精度要求高体精度要求高结构复构复杂，制造困，制造困难，成本，成本较高高对脏物敏感，必物敏感，必须有良好的防有良好的防护装置装置23/0423/04钢导轨表面点蚀与条状磨损钢导轨表面点蚀与条状磨损（2 2）滚动导轨的结构形式）滚动导轨的结构形式1 1）滚珠导轨）滚珠导轨 滚动体为球状，导向面常设计为夹角滚
4、动体为球状，导向面常设计为夹角9090度度的的V V形槽，力封式结构。形槽，力封式结构。 结构相对紧凑，制造容易，成本较低。结构相对紧凑，制造容易，成本较低。 由于导轨面和滚珠接触面积小，故运动轻由于导轨面和滚珠接触面积小，故运动轻便灵活，但刚度低，承载能力差；经常工作部便灵活，但刚度低，承载能力差；经常工作部分容易压出沟槽。分容易压出沟槽。 滚珠导轨用于载荷不大，重心在两条导轨滚珠导轨用于载荷不大，重心在两条导轨之间，行程较小，灵敏度要求较高的场合。之间，行程较小，灵敏度要求较高的场合。23/0523/052 2）滚柱导轨）滚柱导轨 滚柱导轨中的滚柱与导轨面是线接触，因此滚柱导轨中的滚柱与导
5、轨面是线接触，因此它的承载能力和刚度都比滚珠导轨大，耐磨性较它的承载能力和刚度都比滚珠导轨大，耐磨性较好，但灵活性相对稍差。好，但灵活性相对稍差。关键问题：关键问题：滚柱对导轨平行度滚柱对导轨平行度( (扭曲扭曲) )要求高要求高 当滚柱轴线与导轨面存在微量不平行，即能当滚柱轴线与导轨面存在微量不平行，即能引起滚柱偏移和侧滑。引起滚柱偏移和侧滑。后果：后果：导轨阻力增加、磨损加快、精度降低导轨阻力增加、磨损加快、精度降低措施：措施：滚柱中段直径比两端大滚柱中段直径比两端大0.02mm0.02mm左右，形成左右，形成腰鼓形有利于改善扭曲度。腰鼓形有利于改善扭曲度。23/0623/06（3 3）滚
6、动体直线导轨材料及工艺）滚动体直线导轨材料及工艺1 1）导轨材料及工艺）导轨材料及工艺工具钢：工具钢：淬硬钢、淬硬钢、GCr15GCr15等等主要工艺措施：主要工艺措施：消除内应力消除内应力 表面硬化处理表面硬化处理 表面及安装面精磨表面及安装面精磨2 2）滚动体材料及工艺）滚动体材料及工艺 过共析珠光体类钢，如过共析珠光体类钢，如GCr6GCr6、GCr9GCr9、GCrl5GCrl5、GCrl5SiMnGCrl5SiMn等等主要工艺措施：主要工艺措施：较长时间髙温扩散退较长时间髙温扩散退 火，消除火，消除或降低碳化物液析级别。或降低碳化物液析级别。 坯料坯料粗磨粗磨清理清理精磨精磨抛光抛光
7、23/0723/076.3 6.3 机座与机架设计及典型结构机座与机架设计及典型结构 1.1.机座与机架的作用及特点机座与机架的作用及特点（1 1）机座与机架的作用）机座与机架的作用 支承设备整体的基础部件，也是设备中各个支承设备整体的基础部件，也是设备中各个部件、总成的安装基础。部件、总成的安装基础。 承受设备自重和各类工作荷载承受设备自重和各类工作荷载 为运动部件提供导向、基准为运动部件提供导向、基准 保证各部件之间的相对位置保证各部件之间的相对位置 吸收或减轻设备运行中的振动、冲击吸收或减轻设备运行中的振动、冲击23/0823/08机座与机架结构、工艺差异：机座与机架结构、工艺差异： 基
8、座：基座：用于重型、高精密、承受大荷载或用于重型、高精密、承受大荷载或冲击荷载等设备，具有承载、运动导向等综合冲击荷载等设备，具有承载、运动导向等综合功能。采取整体成形工艺或部分成形组装固化功能。采取整体成形工艺或部分成形组装固化工艺，常用铸铁、铸钢制作。工艺，常用铸铁、铸钢制作。 机架：机架：用于轻型、小荷载设备，主要用作用于轻型、小荷载设备，主要用作部件定位、支承；多用各类型材制作，如槽钢、部件定位、支承；多用各类型材制作，如槽钢、角铁、铝合金型材等；采用焊、铆、螺栓等连角铁、铝合金型材等；采用焊、铆、螺栓等连接方式。接方式。23/0923/09（2 2）基座与支承件的特点）基座与支承件的
9、特点尺寸较大尺寸较大 结构相对复杂结构相对复杂 整体或分离制造整体或分离制造制药制药机械机械包装包装机械机械型材型材大型机床大型机床基座基座铸铝机座铸铝机座卧式车床卧式车床机架类机架类机座类机座类23/1023/10（3 3）机座（机架）设计基本要求）机座（机架）设计基本要求精度要求精度要求 保证关键表面的尺寸、形状、位置精度；以保证关键表面的尺寸、形状、位置精度；以及对有相对运动的表面有较高的表面质量要求。及对有相对运动的表面有较高的表面质量要求。例如：例如：机座上的导轨、重要部件安装面等机座上的导轨、重要部件安装面等刚度要求刚度要求 设备在额定荷载内运行时，保证系统变形量设备在额定荷载内运
10、行时，保证系统变形量在允许范围内。在允许范围内。( (精密机械设计的首选依据精密机械设计的首选依据) )刚度重要评价指标：刚度重要评价指标：动刚度动刚度KK静刚度；静刚度；阻尼比；阻尼比；阻尼系数；阻尼系数；0 0固有频率固有频率23/1123/11抗振性要求抗振性要求 承受受迫振动的能力。承受受迫振动的能力。 设备内部和外界都存在不同强度的振源，将设备内部和外界都存在不同强度的振源，将引发整体或局部摆动、弯曲、扭转等形式的振动。引发整体或局部摆动、弯曲、扭转等形式的振动。措施：措施：高静刚度、高阻尼、减重量、隔振措施高静刚度、高阻尼、减重量、隔振措施其他要求其他要求 抵抗热变形：热变形、相对
11、热变形抵抗热变形：热变形、相对热变形 结构稳定性：构件内应力结构稳定性：构件内应力 工艺性：便于制造、维护、储运等工艺性：便于制造、维护、储运等 经济性：性能价格比经济性：性能价格比23/1223/122.2.机座、机架典型结构机座、机架典型结构（1 1）箱梁板类机座）箱梁板类机座23/1323/13（2 2）立柱类支承构件）立柱类支承构件 为保证立柱刚性和稳定性，多用为保证立柱刚性和稳定性，多用整体铸造整体铸造( (铸铁或铸钢铸铁或铸钢) )。 钢板分体焊接存在钢板分体焊接存在较大的内应力，通常不较大的内应力，通常不用于机床机座。用于机床机座。23/1423/14（3 3）组装机座）组装机座
12、 由于设备承载的复由于设备承载的复杂性，机座构造一般由杂性，机座构造一般由若干承载构件组成，组若干承载构件组成，组装后固化成一体。装后固化成一体。龙门刨龙门刨机座机座落地数控车床机座落地数控车床机座立立车车机机座座23/1523/15机座构造相关结论：机座构造相关结论：相同横截面积，采用空心截面的构件惯性矩相同横截面积，采用空心截面的构件惯性矩大。可适当加大横截面轮廓尺寸，减小构件壁大。可适当加大横截面轮廓尺寸，减小构件壁厚，获得大刚度、小质量构件。厚，获得大刚度、小质量构件。圆形空心截面能提高抗弯和抗扭刚度；圆形空心截面能提高抗弯和抗扭刚度；横截面为不封闭形式时，构件抗扭刚度极差。横截面为不
13、封闭形式时，构件抗扭刚度极差。 在机座设计，不论梁或柱、整体或组装，在机座设计，不论梁或柱、整体或组装，构件皆应采用空心截面；横截面以圆形、矩形构件皆应采用空心截面；横截面以圆形、矩形等封闭对称形式最佳。等封闭对称形式最佳。23/1623/16（4 4）机架构造及工艺）机架构造及工艺 设备重量轻、整体尺寸小、工作荷载轻时，设备重量轻、整体尺寸小、工作荷载轻时，机座可制成机架形式。由各类型材、薄钢板焊机座可制成机架形式。由各类型材、薄钢板焊接、铆等工艺连接而成。接、铆等工艺连接而成。重载焊接机架重载焊接机架23/1723/17铝合金机架：铝合金机架： 工作荷载较小的室内办公设备、小型工作工作荷载
14、较小的室内办公设备、小型工作机等，常采用美观轻便的铝合金机架。机等，常采用美观轻便的铝合金机架。连接工艺：连接工艺：铆接、焊接、螺栓连接铆接、焊接、螺栓连接23/1823/183.3.机座筋板的合理布置机座筋板的合理布置23/1923/19 为加强机架空心截面构件刚度，应根据需为加强机架空心截面构件刚度，应根据需要设置一定厚度的加强筋，矩形截面典型布筋要设置一定厚度的加强筋，矩形截面典型布筋形式如下图。形式如下图。 由构件主要荷载承载方向确定类型及尺寸。由构件主要荷载承载方向确定类型及尺寸。各种筋板的布置形式比较：各种筋板的布置形式比较： 如图如图(a)(a)，(b)(b)和和(c)(c)都是
15、方格式纵横筋，其中都是方格式纵横筋，其中(c)(c)比比(b)(b)的铸造性能好。的铸造性能好。 截面截面(c)(c)用于中小型、筋板厚度较小的场合，用于中小型、筋板厚度较小的场合，各筋条受力状况好，交叉处金属聚集较少，材料分各筋条受力状况好，交叉处金属聚集较少，材料分布均匀，内应力小。布均匀，内应力小。23/2023/20常用六种斜筋板的布置分析：常用六种斜筋板的布置分析： (d)(d)、(e)(e)是三角形和菱形筋，刚度较好，是三角形和菱形筋，刚度较好，铸造工艺相对简单；铸造工艺相对简单； (f)(f)是六角（蜂窝）形筋，抗弯、抗扭刚是六角（蜂窝）形筋，抗弯、抗扭刚度较好，铸件均匀收缩，内
16、应力小，不易断裂，度较好，铸件均匀收缩，内应力小，不易断裂，但铸造泥芯多，工艺复杂。但铸造泥芯多，工艺复杂。 (g)(g)、(h)(h)形筋铸造工艺也较形筋铸造工艺也较复杂，但构件整体刚度很好。复杂，但构件整体刚度很好。 23/2123/214.4.人造花岗岩机座人造花岗岩机座 加工机床、重型冲击荷载设备需要稳定的基加工机床、重型冲击荷载设备需要稳定的基础，传统机座材料主要有铸铁、铸钢、钢板。础，传统机座材料主要有铸铁、铸钢、钢板。 现代机床向超高精、高速方向发展，对基础现代机床向超高精、高速方向发展，对基础件性能提出了更高的要求。件性能提出了更高的要求。新型材料：新型材料：花岗岩复合材料花岗
17、岩复合材料组合机座组合机座花岗岩安装平台花岗岩安装平台23/2223/22用于机座材料的突出优势：用于机座材料的突出优势：缓冲、消能性能良好缓冲、消能性能良好无内应力，温度敏感度低，稳定性好；无内应力，温度敏感度低，稳定性好；具有绝缘特性，抗电磁干扰能力强；具有绝缘特性，抗电磁干扰能力强；工艺成熟，具有良好加工工艺性；工艺成熟，具有良好加工工艺性；耐酸、碱、盐、氧化等腐蚀，易保养；耐酸、碱、盐、氧化等腐蚀，易保养；价格便宜，性价比高；价格便宜，性价比高；绿色制造，低碳环保。绿色制造，低碳环保。花岗岩花岗岩机座机座花岗岩花岗岩机座机座23/2323/23思考题：思考题：P247：11目前用于机座的常用材料有哪些？目前用于机座的常用材料有哪些？简述花述花岗岩符合材料用于机座制造的岩符合材料用于机座制造的优越性。越性。思考题思考题
