1、機械制造裝備設計機械制造裝備設計 本本 章章 講講 授授 內內 容容 第一節(jié)第一節(jié) 主軸組件設計主軸組件設計 第二節(jié)第二節(jié) 支承件設計支承件設計 第三節(jié)第三節(jié) 導軌設計導軌設計 第四節(jié)第四節(jié) 滾珠絲杠螺母副機構簡介滾珠絲杠螺母副機構簡介第四章第四章 機床主要部件設計機床主要部件設計 基基 本本 要要 求求 旋轉精度旋轉精度 剛度剛度 抗振性抗振性 溫升和熱變性溫升和熱變性 精度保持性精度保持性)(mNFK / / 如外圓磨床主軸剛度不足時，如外圓磨床主軸剛度不足時，在磨削力作用下主軸變形到在磨削力作用下主軸變形到位置位置2 2，砂輪母線偏移，使，砂輪母線偏移，使被加工表面上出現(xiàn)螺旋形花被加工表

2、面上出現(xiàn)螺旋形花紋，降低了加工表面的質量。紋，降低了加工表面的質量。常用軸承：滾動軸承和滑動軸承常用軸承：滾動軸承和滑動軸承1 1）常用的滾動軸承）常用的滾動軸承 雙列圓柱滾子軸承雙列圓柱滾子軸承雙向推力角接觸球軸承雙向推力角接觸球軸承角接觸球軸承角接觸球軸承雙列圓錐滾子軸承雙列圓錐滾子軸承深溝球軸承深溝球軸承滾針軸承滾針軸承 2 2）其它幾種主軸滾動軸承）其它幾種主軸滾動軸承1 1 角接觸球軸承角接觸球軸承 接觸角接觸角a a=0=0，深溝球軸承（，深溝球軸承（6000060000），主要用來承受徑向力，也），主要用來承受徑向力，也能承受一些軸向力，軸向位移限制在軸向游隙范圍內，不能調整能承

3、受一些軸向力，軸向位移限制在軸向游隙范圍內，不能調整間隙，承載能力較差，允許極限轉速高。常用于精度和剛度要求間隙，承載能力較差，允許極限轉速高。常用于精度和剛度要求不高的場合，如鉆床主軸。不高的場合，如鉆床主軸。 0 0 aa=45=45，角接觸球軸承（，角接觸球軸承（7000070000）既可承受徑向載荷又可承）既可承受徑向載荷又可承受一定的單向軸向載荷，多為受一定的單向軸向載荷，多為1515和和2525，高速主軸場合。，高速主軸場合。 4545 aa450或者試樣過小時，不能采用布氏硬度而或者試樣過小時，不能采用布氏硬度而改用洛氏硬度計量。它是用一個頂角改用洛氏硬度計量。它是用一個頂角12

4、0度的金剛石圓錐體或直徑度的金剛石圓錐體或直徑為為1.59、3.18mm的鋼球，在一定載荷下壓入被測材料表面，由壓的鋼球，在一定載荷下壓入被測材料表面，由壓痕的深度求出材料的硬度，根據試驗材料硬度的不同，分三種不同痕的深度求出材料的硬度，根據試驗材料硬度的不同，分三種不同的標度來表示：的標度來表示：HRA是采用是采用60kg載荷和鉆石錐壓入器求的的硬度，載荷和鉆石錐壓入器求的的硬度，用于硬度極高的材料；用于硬度極高的材料；HRB是采用是采用100kg載荷和直徑載荷和直徑1.58淬硬的鋼淬硬的鋼球，求得的硬度，用于硬度較低的材料；球，求得的硬度，用于硬度較低的材料；HRC是采用是采用150kg載

5、荷和載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度很高的材料。鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度很高的材料。維氏硬度維氏硬度HV以以120kg以內的載荷和頂角為以內的載荷和頂角為136度的金剛石方形度的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面，用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值錐壓入器壓入材料表面，用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值 主軸的精度主軸的精度直接影響主軸組件的直接影響主軸組件的旋轉精度旋轉精度 主軸和軸承、齒輪等零件相連接處的表面主軸和軸承、齒輪等零件相連接處的表面幾何形狀誤差和幾何形狀誤差和表面粗糙度表面粗糙度，關系到接觸剛度，關系到接觸剛度 設計主軸時，必須根據機床精度標準有關的項目制定設計主軸時，必

6、須根據機床精度標準有關的項目制定合理合理的技術要求的技術要求。通過帶上的齒形與通過帶上的齒形與帶輪上的輪齒相嚙帶輪上的輪齒相嚙合傳遞運動和動力合傳遞運動和動力。同步齒形帶的齒。同步齒形帶的齒形有兩種形有兩種: :梯形齒和梯形齒和圓弧齒。圓弧齒。主軸單元大大簡化了主軸單元大大簡化了結構，有效地提高了結構，有效地提高了主軸部件的剛度，降主軸部件的剛度，降低了噪聲和振動；有低了噪聲和振動；有較寬的調速范圍；有較寬的調速范圍；有較大的驅動功率和扭較大的驅動功率和扭矩；便于組織專業(yè)化矩；便于組織專業(yè)化生產。廣泛應用于精生產。廣泛應用于精密機床、高速加工中密機床、高速加工中心和數控車床中。心和數控車床中。

7、輔助支承常采用剛度和承載能力較小的軸承輔助支承常采用剛度和承載能力較小的軸承，其外圈與支，其外圈與支承座孔的配合比主要支承松承座孔的配合比主要支承松1-21-2級，保證有一定的間隙，以級，保證有一定的間隙，以解決三孔不同軸的問題。解決三孔不同軸的問題。統(tǒng)計結果表明：采用三支承結構的主軸，以前、中支承為統(tǒng)計結果表明：采用三支承結構的主軸，以前、中支承為主要支承的約占主要支承的約占80%;80%;以前、后支承為主要支承的約占以前、后支承為主要支承的約占20%20%。三支承主軸軸承配置形式與兩支承主軸相類似，其兩個主三支承主軸軸承配置形式與兩支承主軸相類似，其兩個主要支承的配置基本上與兩支承的情況相

8、同。要支承的配置基本上與兩支承的情況相同。輔助支承通常選用向心球軸承或向心圓柱滾子軸承。輔助支承通常選用向心球軸承或向心圓柱滾子軸承。1. 1. 防止灰塵、屑未和切削液等進入軸承，以減少腐蝕和磨損；防止灰塵、屑未和切削液等進入軸承，以減少腐蝕和磨損；2. 2. 防止?jié)櫥屯饴Ｗo環(huán)境，避免污染。防止?jié)櫥屯饴Ｗo環(huán)境，避免污染。分接觸式密封和非接觸式密封兩類。分接觸式密封和非接觸式密封兩類。接觸式接觸式: : 有摩擦和磨損，發(fā)熱嚴重，用于低速主軸。有摩擦和磨損，發(fā)熱嚴重，用于低速主軸。非接觸式非接觸式: : 迷宮式和隙縫式，發(fā)熱很小，應用廣泛。迷宮式和隙縫式，發(fā)熱很小，應用廣泛。為保證密封

9、作用，旋轉部分與固定部分之間的徑向間隙應為保證密封作用，旋轉部分與固定部分之間的徑向間隙應小于小于0.20.20.3mm0.3mm，還要有回孔油，以防漏油。，還要有回孔油，以防漏油。一、提高主軸組件的旋轉精度一、提高主軸組件的旋轉精度 1.1.選配法選配法 2.2.裝配后加工裝配后加工二、提高主軸組件的剛度二、提高主軸組件的剛度 1.1.加大主軸直徑加大主軸直徑 2.2.縮短懸伸量縮短懸伸量 3.3.提高前后支承剛度提高前后支承剛度三、提高主軸組件的抗振性三、提高主軸組件的抗振性 1.1.增加阻尼增加阻尼 2.2.增加平衡裝置增加平衡裝置 3.3.采用消振器采用消振器四、控制主軸組件的溫升和熱

10、變形四、控制主軸組件的溫升和熱變形 1.1.減少發(fā)熱減少發(fā)熱 2.2.加強散熱加強散熱 3.3.補償熱變形補償熱變形 4.4.熱對稱結構設計熱對稱結構設計 (1)(1)退火：退火：指金屬材料加熱到適當的溫度，保持一定的時間，指金屬材料加熱到適當的溫度，保持一定的時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。常見的退火工藝有：再結晶退然后緩慢冷卻的熱處理工藝。常見的退火工藝有：再結晶退火，去應力退火，球化退火，完全退火等。火，去應力退火，球化退火，完全退火等。退火的目的退火的目的：主：主要是降低金屬材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或壓力要是降低金屬材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或壓力加工，減少殘余應力，

11、提高組織和成分的均勻化，或為后道加工，減少殘余應力，提高組織和成分的均勻化，或為后道熱處理作好組織準備等。熱處理作好組織準備等。(2)(2)正火：正火：指將鋼材或鋼件加熱到指將鋼材或鋼件加熱到Ac3Ac3或或AcmAcm( (鋼的上臨界點鋼的上臨界點溫度溫度) )以上以上30305050【757-962 757-962 】，保持適當時間后，在靜】，保持適當時間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理的工藝。止的空氣中冷卻的熱處理的工藝。正火的目的正火的目的：主要是提高：主要是提高低碳鋼的力學性能，改善切削加工性，細化晶粒，消除組織低碳鋼的力學性能，改善切削加工性，細化晶粒，消除組織缺陷，為后道熱處理作好

12、組織準備等。缺陷，為后道熱處理作好組織準備等。 (3)(3)淬火：淬火：指將鋼件加熱到指將鋼件加熱到Ac3Ac3或或Ac1(Ac1(鋼的下臨界點溫度鋼的下臨界點溫度) )以以上某一溫度，保持一定的時間，然后以適當的冷卻速度，獲得上某一溫度，保持一定的時間，然后以適當的冷卻速度，獲得馬氏體馬氏體( (或貝氏體或貝氏體) )組織的熱處理工藝。常見的淬火工藝有鹽浴組織的熱處理工藝。常見的淬火工藝有鹽浴淬火，馬氏體分級淬火，貝氏體等溫淬火，表面淬火和局部淬淬火，馬氏體分級淬火，貝氏體等溫淬火，表面淬火和局部淬火等。火等。淬火的目的淬火的目的：使鋼件獲得所需的馬氏體組織，提高工件：使鋼件獲得所需的馬氏體

13、組織，提高工件的硬度，強度和耐磨性，為后道熱處理作好組織準備等。的硬度，強度和耐磨性，為后道熱處理作好組織準備等。 (4)(4)回火：回火：指鋼件經淬硬后，再加熱到指鋼件經淬硬后，再加熱到Ac1Ac1以下的某一溫度，以下的某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。常見的回火工保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。常見的回火工藝有：低溫回火，中溫回火，高溫回火和多次回火等。藝有：低溫回火，中溫回火，高溫回火和多次回火等。回火的回火的目的：目的：主要是消除鋼件在淬火時所產生的應力，使鋼件具有高主要是消除鋼件在淬火時所產生的應力，使鋼件具有高的硬度和耐磨性外，并具有所需要的塑性和韌性等

14、。的硬度和耐磨性外，并具有所需要的塑性和韌性等。 (5)(5)調質：調質：指將鋼材或鋼件進行淬火指將鋼材或鋼件進行淬火+ +高溫回火的復合熱處高溫回火的復合熱處理工藝。使用于調質處理的鋼稱調質鋼。它一般是指中碳結構理工藝。使用于調質處理的鋼稱調質鋼。它一般是指中碳結構鋼和中碳合金結構鋼。鋼和中碳合金結構鋼。調質目的：調質目的：改善材料硬度，提高材料綜改善材料硬度，提高材料綜合機械性能。合機械性能。 (6)(6)化學熱處理：化學熱處理：指金屬或合金工件置于一定溫度的活性介指金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其化學成質中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表

15、層，以改變其化學成分，組織和性能的熱處理工藝。常見的化學熱處理工藝有：滲分，組織和性能的熱處理工藝。常見的化學熱處理工藝有：滲碳，滲氮，碳氮共滲，滲鋁，滲硼等。碳，滲氮，碳氮共滲，滲鋁，滲硼等。化學熱處理的目的化學熱處理的目的：主：主要是提高鋼件表面的硬度，耐磨性，抗蝕性，抗疲勞強度和抗要是提高鋼件表面的硬度，耐磨性，抗蝕性，抗疲勞強度和抗氧化性等。氧化性等。 (7)(7)固溶處理：固溶處理：指將合金加熱到高溫單相區(qū)恒溫保持，使過指將合金加熱到高溫單相區(qū)恒溫保持，使過剩相充分溶解到固溶體中后快速冷卻，以得到過飽和固溶體的剩相充分溶解到固溶體中后快速冷卻，以得到過飽和固溶體的熱處理工藝。熱處理工

16、藝。固溶處理的目的：固溶處理的目的：主要是改善鋼和合金的塑性和主要是改善鋼和合金的塑性和韌性，為沉淀硬化處理作好準備等。韌性，為沉淀硬化處理作好準備等。(8)(8)沉淀硬化沉淀硬化( (析出強化析出強化) )：指金屬在過飽和固溶體中溶質原指金屬在過飽和固溶體中溶質原子偏聚區(qū)和子偏聚區(qū)和( (或或) )由之脫溶出微粒彌散分布于基體中而導致硬化由之脫溶出微粒彌散分布于基體中而導致硬化的一種熱處理工藝。如奧氏體沉淀不銹鋼在固溶處理后或經冷的一種熱處理工藝。如奧氏體沉淀不銹鋼在固溶處理后或經冷加工后，在加工后，在400400500500或或700700800800進行沉淀硬化處理，可獲進行沉淀硬化處理

17、，可獲得很高的強度。得很高的強度。 (9)(9)時效處理：時效處理：指合金工件經固溶處理，冷塑性變形或鑄造，指合金工件經固溶處理，冷塑性變形或鑄造，鍛造后，在較高的溫度放置或室溫保持，其性能，形狀，尺寸鍛造后，在較高的溫度放置或室溫保持，其性能，形狀，尺寸隨時間而變化的熱處理工藝。若采用將工件加熱到較高溫度，隨時間而變化的熱處理工藝。若采用將工件加熱到較高溫度，并較長時間進行時效處理的時效處理工藝，稱為人工時效處理，并較長時間進行時效處理的時效處理工藝，稱為人工時效處理，若將工件放置在室溫或自然條件下長時間存放而發(fā)生的時效現(xiàn)若將工件放置在室溫或自然條件下長時間存放而發(fā)生的時效現(xiàn)象，稱為自然時效

18、處理。象，稱為自然時效處理。時效處理的目的時效處理的目的，消除工件的內應力，消除工件的內應力，穩(wěn)定組織和尺寸，改善機械性能等。穩(wěn)定組織和尺寸，改善機械性能等。(10)(10)淬透性：淬透性：指在規(guī)定條件下，決定鋼材淬硬深度和硬度分指在規(guī)定條件下，決定鋼材淬硬深度和硬度分布的特性。鋼材淬透性好與差，常用淬硬層深度來表示。淬硬布的特性。鋼材淬透性好與差，常用淬硬層深度來表示。淬硬層深度越大，則鋼的淬透性越好。鋼的淬透性主要取決于它的層深度越大，則鋼的淬透性越好。鋼的淬透性主要取決于它的化學成分，特別是含增大淬透性的合金元素及晶粒度，加熱溫化學成分，特別是含增大淬透性的合金元素及晶粒度，加熱溫度和保

19、溫時間等因素有關。淬透性好的鋼材，可使鋼件整個截度和保溫時間等因素有關。淬透性好的鋼材，可使鋼件整個截面獲得均勻一致的力學性能以及可選用鋼件淬火應力小的淬火面獲得均勻一致的力學性能以及可選用鋼件淬火應力小的淬火劑，以減少變形和開裂。劑，以減少變形和開裂。 (11)(11)臨界直徑臨界直徑( (臨界淬透直徑臨界淬透直徑) )：臨界直徑是指鋼材在某種臨界直徑是指鋼材在某種介質中淬冷后，心部得到全部馬氏體或介質中淬冷后，心部得到全部馬氏體或50%50%馬氏體組織時的最馬氏體組織時的最大直徑，一些鋼的臨界直徑一般可以通過油中或水中的淬透性大直徑，一些鋼的臨界直徑一般可以通過油中或水中的淬透性試驗來獲得。試驗來獲得。 (12)(12)二次硬化：二次硬化：某些鐵碳合金某些鐵碳合金( (如高速鋼如高速鋼) )須經多次回火后，須經多次回火后，才進一