第三章機床主要部件設計

§3-1主軸組件設計§3-2支承件設計§3-3導軌設計§3-4滾珠絲杠螺母副機構本節基本要求與重點：1、掌握主軸組件的定義、組成、功用及其基本要求；2、了解主軸外形的特點、內孔的用途，以及主軸的熱處理方式；掌握主軸材料的選擇原則；3、掌握兩支承主軸軸承配置形式適應的三個要求，以及三支承主軸的采用條件；§3-1主軸組件設計本節難點：主軸的軸向定位及其軸向力的傳遞。

4、掌握三種主軸軸向定位方式的優缺點及適用范圍；5、了解電主軸的基本概念及結構。一、定義、組成、功用和基本要求1、定義：機床上回轉運動的執行件。2、組成主軸主軸上軸承傳動件定位件。3、功用安裝并支承工件或刀具；帶動工件或刀具完成表面成形運動；傳遞轉矩、承受切削力和驅動力等載荷。4.主軸與傳動軸的關系相同點①傳遞載荷②保證傳動件和支撐正常工作

不同點①承受切削力②成形運動所以，要求更高。5、基本要求精度保持性溫升與熱變形動剛度靜剛度旋轉精度靜止或低速空載狀態下，工件或刀具的安裝基面上的全跳動值。在外加靜載荷作用下，抵抗變形的能力。

在額定載荷下切削時，抵抗變形的能力。因各相對運動處的摩擦和攪油而發熱，產生溫升。溫升使其形狀和位置發生變化－熱變形。長期保持其原始制造精度的能力。1.旋轉精度：靜止或低速空載狀態下，工件或刀具的安裝基面上的全跳動值。旋轉精度主要取決于各個主要零件的制造、裝配和調整精度。

通用機床—查閱各類機床的精度檢驗標準。2.剛度：在外加靜載荷作用下，機床或部、組、零件抵抗變形的能力。以使主軸前端產生單位位移的彈性變形時，在位移方向所施加的力來表示K=F/Y。單位N/um.剛度分為靜剛度和動剛度。3.溫升與熱變形4.精度保持性二．主軸滾動軸承滾動軸承是將運轉的軸與軸座之間的滑動摩擦變為滾動摩擦，從而減少摩擦損失的一種精密的機械元件。1、滾動軸承的組成（組成、拆裝視頻）軸承圈套自動加工視頻/v/b/72329548-2369715250.html2、滾動軸承的特點3、主軸滾動軸承的類型選擇軸承按其滾動體的種類，分為：⑴球軸承----滾動體為球：⑵滾子軸承----滾動體為滾子。

e.g.圓柱、圓錐、滾針3）當滾動軸承受純軸向載荷時，一般選用推力軸承；4）當滾動軸承受純徑向載荷時，一般選用深溝球軸承或短圓柱滾子軸承；5）當滾動軸承即受軸向載荷，又受徑向載荷時：②受純徑向載荷的同時，還有不大的軸向載荷時，可選用深溝球軸承③受純軸向載荷的同時，還有不大的徑向載荷時，采用兩種不同類型的軸承相組合①⑹欣賞發動機軸承視頻常見軸承㈠雙列圓柱滾子軸承圓柱滾子軸承

負荷能力大，主要承受徑向負荷。滾動體與套圈擋邊摩擦小，適于高速旋轉。圓柱滾子軸承特點：

1.徑向承載能力大，適用于承受重負荷與沖擊負荷。

2.摩擦系數小，適合高速，極限轉速接近深溝球軸承。

3.內圈或外圈無擋邊的圓柱滾子軸承，可作自由端支承使用。4.內圈或外圈可分離，便于安裝和拆卸。圓柱滾子軸承類別:｛單列圓柱滾子軸承：可分離軸承，便于安裝和拆卸，兩個套圈都可以采用緊配合，修正的滾子和滾道之間的接觸線可以減小應力集中。雙列圓柱滾子軸承：屬于游動軸承，其可分離性使安裝和拆卸很方便。兩個套圈均可以采用緊配合。雙列圓柱滾子軸承幾乎不允許有傾斜角㈡雙向推力角接觸球軸承推力軸承是用來專門承受軸向力的專用軸承也稱作止推軸承.推力軸承分為推力滾子軸承用于承受軸向載荷為主的軸、徑向聯合載荷，但徑向載荷不得超過軸向載荷的55%。與其他推力滾子軸承相比，此種軸承摩擦因數較低，轉速較高，并具有調心性能。推力球軸承不能承受徑向負荷，只能夠承受軸向負荷。單向推力球軸承可以限制軸和殼體的一個方向的軸向位移，雙向推力球軸承可以限制兩個方向的軸向位移。推力角接觸球軸承接觸角一般為60°。常用的一般為雙向推力角接觸球軸承。主要用于精密機床主軸。一般與雙列圓柱滾子軸承一起配合使用，可承受雙向軸向載荷。具有精度高，剛性好，溫升低，轉速高，裝拆方便等優點。按軸承用于承受的外載荷不同來分類滾動軸承向心軸承

推力軸承

向心推力軸承

向心推力軸承，接觸角越大，軸向負荷的承受能力越大。接觸角越小，則越有利于高速旋轉。

通常，將二個軸承對置，調整內部游隙后使用㈢角接觸球軸承同時承受徑向負荷和軸向負荷。高精度和高速軸承通常取15度接觸角。在軸向力作用下，接觸角會增大。成對的角接觸型軸承的安裝有如下幾種方式：㈣雙列圓錐滾子軸承圓錐滾子軸承可以承受大的徑向載荷和軸向載荷。由于圓錐滾子軸承只能傳遞單向軸向載荷。因此，為傳遞相反方向的軸向載荷就需要另一個與之對稱安裝的圓錐滾子軸承。雙列圓錐軸承㈤陶瓷滾動軸承一．定義

當滾動體采用陶瓷材料后，此滾動軸承就定義為陶瓷球軸承。二、特點：①轉速高。是一般軸承的轉速1.5倍以上的轉速

（陶瓷與深溝球軸承摩擦系數比較見視頻）②耐高溫。普通軸承的溫度160度,陶瓷球的可以達到220度③壽命長。使用壽命是普通軸承的2-3倍.

④彈性模量大。⑤絕緣三．應用①陶瓷鋼混制軸承。

可以提高機床傳動的平穩性，從而提高加工精度。這種軸承主要用在機床的一些電主軸上。主要是起絕緣的效果②全陶瓷軸承。主要適用于耐高溫、耐腐蝕、非磁性、電絕緣、要求減輕重量和超高速場合。㈥磁懸浮軸承（磁力軸承）定義：磁懸浮軸承是利用磁力來支撐運動部件，使其與固定部件脫離接觸實現軸承功能。特點：機械磨損小、能耗低、噪聲小、壽命長、無需潤滑、無油污染適用于高速、真空、超凈等特殊環境中。磁懸浮事實上只是一種輔助功能，具體應用還得配合其它的軸承形式。（磁懸浮軸承實驗、超導磁懸浮列車、液氮磁懸浮列車、清華大學演示實驗-超導磁懸浮列車模型、液氮的用途、液氮低溫冷凍實驗視頻）上海磁懸浮列車二、主軸1、主軸的結構主軸的結構和形狀主要取決于主軸所安裝的刀具、夾具、傳動件、軸承及密封裝置等的類型、數目、位置和安裝方法，同時還要考慮主軸的加工和裝配工藝性。機床主軸的示意圖

主軸的外形為階梯軸主軸端部的形狀與尺寸已經標準化。內孔：用于通過棒料、拉桿和取出頂尖。主軸材料的選擇依據2、主軸的材料及熱處理耐磨性熱處理方法熱處理后的變形大小保證足夠的剛度和強度便于軸上零件的裝卸得到足夠多的止推面微晶玻璃陶瓷3.主軸的技術要求⑴滿足主軸旋轉精度要求二．結構設計1.主軸的支撐數目立式車床專用立車臥式鏜床⑵

坐標鏜床（3）金剛鏜床：（視頻）D1、d、L、a定義d/D=w。w為剛度衰減系數。規定w≤0.7.一般車床主軸w≤0.55-0.6數控車床支承件床身拖板箱體箱體（床腳）接觸剛度所具有的性能：

從表中可看出：1）無論圓形、方形或矩形，都是空心截面的剛度比實心的大，因此，床身截面應作成中空形狀。

2）保持橫截面不變，加大外廓尺寸，減少壁厚，可提高截面抗彎、抗扭剛度。

3)封閉截面比不封閉截面剛度大。

截面形狀與慣性矩的關系(截面積＝10000mm2）

截面形狀與慣性矩的關系(截面積＝10000mm2）

4)圓形截面的抗扭剛度好，而抗彎剛度較差；而方形截面正相反。5)矩形截面的抗彎剛度＞方形截面。因此，以承受彎矩為主的支承件截面應采用矩形。

麻花鉆空心鉆

臥式床身常見截面形狀(a)三面封閉式截面．(b)三面封閉的截面(c)兩面封閉式截面(d)重型機床的床身截面(e)圓形截面(f)對稱方形截面(g)對稱矩形截面(h)矩形截面機床立柱（立式床身）常見截面形狀提高不封閉件的靜剛度措施：第三節導軌的設計三、主軸滾動軸承1、基本要求旋轉精度、剛度高，承載能力大；溫升小、噪聲低；速度性能好，抗振性好，壽命長；結構緊湊，調整和維修方便。主軸軸承是主軸組件的重要組成部分。它的類型、配置、精度、安裝、調整和潤滑都直接影響到主軸組件的工作性能。2、滾動軸承的特點優點能適應很大的變速范圍，并能滿足主軸組件旋轉精度、剛度和工作溫度的要求；滾動軸承由專業工廠生產，質量穩定，成本低，經濟性好；容易潤滑。缺點滾動體數目有限，工作時剛度發生變化，易產生振動和噪聲；滾動軸承摩擦力大(f=0.002~0.008;)，阻尼比小（ξ=0.02~0.04）；徑向尺寸較大。3、常用的主軸滾動軸承了解軸承的結構、性能、使用及間隙調整等方面的特點。

雙列圓柱滾子軸承

雙向推力角接觸球軸承

角接觸軸承

角接觸球軸承的組合

雙列圓錐軸承Gamet軸承-H系列

Gamet軸承-P系列特點：陶瓷滾動軸承的材料為氮化硅(Si3N4)，密度小、線膨脹系數小、彈性模量大。常用類型滾動體用陶瓷材料制成，而內、外圈仍用軸承鋼制造；滾動體和內圈用陶瓷材料制成，外圈用軸承鋼制造；全陶瓷軸承，即滾動體、內外圈全都用陶瓷材料制成。陶瓷滾動軸承4．軸承的精度選擇軸承的精度，應采用P2、P4、P5級和SP、UP級。SP、UP級軸承的旋轉精度相當于P4、P2，內外圈的尺寸精度比旋轉精度低一級，相當于P5、P4級。這是因為軸承的工作精度主要取決于旋轉精度，主軸支承軸頸和箱體軸承孔可按一定配合要求配作，適當降低軸承內外圈的尺寸精度可降低成本。

切削力方向固定不變的主軸，如：車床、銑床、磨床等，通過滾動體，始終間接地與切削力方向上的外圈滾道表面的一條線（線接觸軸承）或一點（球軸承）接觸，由于滾動體是大批量生產，且直徑小，圓柱度誤差小，其圓度誤差可忽略，因此，決定主軸旋轉精度的是軸承的內圈徑向圓跳動，即內圈滾道表面相對于軸承內徑軸線的同軸度。

切削力方向隨主軸的旋轉同步變化的主軸，主軸支承軸頸的某一條線或點間接地跟半徑方向上的外圈滾道表面對應的線或點接觸，影響主軸旋轉精度的因素為軸承內圈的徑向圓跳動、滾動體的圓度誤差、外圈的徑向圓跳動。由于軸承內圈滾道直徑小，且滾道外表面磨削精度高，因而誤差較小，主軸旋轉精度主要取決于外圈的徑向圓跳動，即外圈滾道表面相對于軸承外徑軸線的同軸度；

前軸承的精度對主軸的影響較大。故前軸承的精度應比后軸承高一級。

切削力方向固定不變的機床，主軸軸承精度選擇

機床精度等級前軸承后軸承普通精度級P5或P4（SP）P5或P4（SP）精密級機床P4（SP）或P2（UP）P4（SP）高精度機床P2（UP）P2（UP）主軸組件設計滾動軸承

切削力方向隨主軸旋轉而同步變化的主軸，軸承按外圈徑向圓跳動選擇。

由于外徑尺寸較大，相同精度時誤差大，若保持徑向圓跳動值不變，可按內圈高一級的軸承精度選擇。

主軸組件設計滾動軸承5．軸承剛度軸承存在間隙時，只有切削力方向上的少數幾個滾動體承載，徑向承載能力和剛度極低；軸承零間隙時，在外載作用下，軸線沿方向移動一距離，對應的半圈滾動體承載，處于外載作用線上的滾動體受力最大，其載荷是滾動體平均載荷的5倍，滾動體的載荷隨著與外載作用線距離的增大而減小；軸承受軸向載荷時，各滾動體承受的軸向力相等。滾動體受力方向在接觸線上。主軸組件設計滾動軸承軸承所承受的徑向力、軸向力分別為、，單個滾動體所承受的最大載荷、分別為球軸承的鋼球直徑為，在外載作用下軸承的變形為

主軸組件設計滾動軸承

滾子軸承線接觸的長度（滾子不包括兩端倒角寬度的長度）為，在外載作用下的變形為滾子軸承的剛度為：

主軸組件設計滾動軸承零間隙時球軸承的剛度為：主軸組件設計滾動軸承

計算軸承剛度時，若載荷無法確定，可取該軸承額定動載荷的1/10代替外載。線接觸軸承，載荷的0.1次冪與剛度成正比，對剛度的影響較小。計算剛度時，可忽略預緊載荷。點接觸軸承，載荷的1/3次冪與剛度成正比，預緊力對軸承剛度影響較大，計算剛度時應考慮預緊力。有預緊力時，徑向和軸向載荷分別是：主軸組件設計滾動軸承

軸承承載后不受力一側的滾動體仍能保持與滾道接觸。滾子包絡圓直徑與外圈滾道孔徑之差5～10

四、主軸組件1、傳動方式及傳動件的布置⑴帶傳動安裝位置帶傳動裝置大多裝在主軸尾部，以防止皮帶沾油和便于皮帶更換。為了改善主軸的受力變形情況，有時也采用卸荷式結構。特點運動平穩，中心距容易調節，磨損后易于更換；傳遞扭矩較小，易打滑，需有可靠的防護設備。多楔帶傳動多楔帶輪⑵齒輪傳動安裝位置主軸上傳動齒輪一般安置在主軸支承之間，并盡量安置在靠近主軸前支承處。特點能傳遞大的扭矩，但線速度受到限制且傳動不夠平穩。⑶電動機直接驅動轉速≤3000（r/min）的主軸異步電動機＋變極調速內圓磨床電主軸定子轉子后軸承主軸前軸承轉速≤8000（r/min）的主軸變頻調速電動機高速主軸高速電主軸2、兩支承主軸組件⑴軸承配置原則①適應剛度和承載能力要求按剛度和承載能力②適應轉速要求按允許最高轉速圓柱、圓錐軸承＞球軸承雙列軸承＞單列軸承多個軸承＞單個軸承球軸承＞圓柱軸承圓柱軸承＞圓錐軸承小軸承＞大軸承精密軸承＞一般軸承

③適應精度要求：主軸軸向定位方式直接影響主軸組件的軸向位置精度。⑵主軸軸向定位前端定位：前支承結構復雜，受力大，溫升高，熱膨脹后向后伸長，對主軸前端位置影響較小。用于軸向精度和剛度要求較高的機床。

后端定位：結構簡單，熱膨脹后向前伸長，影響主軸組件的軸向精度。多用于普通精度級的機床。

兩端定位：構造簡單，但熱膨脹后將產生軸向松動（彎曲），常用于較短的主軸或軸向間隙不影響正常工作的機床。推力軸承配置形式的比較⑶典型主軸組件及其軸向力的傳遞裝Gamet軸承的臥式車床主軸組件（前端定位）

剛度型－CNC車床主軸組件（前端定位）

剛度型－多刀車床主軸組件（后端定位）速度型－內圓磨頭（兩端定位）⑴采用條件由于結構設計的原因，導致主軸箱長度較長，應增加一個支承來提高主軸組件的剛度和抗振性。3、三支承主軸組件主支承⑵典型結構輔助支承4、高速電主軸組件

產生背景

高速切削

模塊化和結構簡化

結構緊湊、占空間小

基本組成電主軸高頻變頻裝置油霧潤滑器冷卻裝置內置編碼器換刀裝置5、采用其他軸承的主軸組件

采用動壓滑動軸承的主軸組件滑動軸承特點：運轉中阻尼性能好，有良好的抗振性，運動平穩，能獲得很高的加工精度和表面粗糙度。固定多油楔動壓滑動軸承的主軸組件

采用靜壓滑動軸承的主軸組件靜壓軸承原理圖

采用磁懸浮軸承的主軸組件

磁懸浮軸承利用磁力來支承運動部件使其與固定部件脫離接觸來實現軸承功能。轉子定子電磁鐵位置傳感器磁懸浮軸承的工作原理工作原理：工作時定子線圈產生磁場，將轉子懸浮起來。四個位置傳感器連續檢測轉子的位置，如果轉子中心發生偏離，則位置傳感器將測得的偏差信號輸送給控制裝置，通過控制裝置調整定子線圈的勵磁功率，以保證轉子中心回到理想中心位置。磁懸浮軸承支承系統結構簡圖6、主軸組件設計主軸參數與實心主軸慣性矩的比值為（1）主軸內孔直徑的確定許多機床都是空心主軸，由力學可知，外徑為、內徑為的空心軸的慣性矩為主軸組件設計主軸參數ω0.50.60.70.750.8剛度損失%6.2512.9624.0131.6440.96從表中可看出，ω＞0.7，剛度衰減加快。因此機床上規定ω≤0.7。6、主軸組件設計主軸參數

（2）主軸前端部懸伸量的確定主軸前端部懸伸量是指主軸定位基面至前支承徑向支反力作用點之間的距離。懸伸量一般取決于主軸端部的結構形式和尺寸、主軸軸承的布置形式及密封形式。在滿足結構要求的前提下，應盡量減少懸伸量，提高主軸的剛度。初步確定時可取。6、主軸組件設計主軸參數

為縮短懸伸量，主軸前端部可采用短錐結構；推力軸承放在前支承內側，采用角接觸軸承取代徑向軸承，接觸線與主軸軸線的交點在前支承前面。

推力軸承和主軸傳動件產生位置矛盾時，由于懸伸量對主軸剛度的影響大，應首先考慮懸伸量，使傳動件距前支承略遠一些。6、主軸組件設計主軸參數（3）主軸支承跨距的確定主軸組件的剛度主要取決于主軸的自身剛度和主軸的支承剛度。主軸自身的剛度與支承跨距成反比，即在主軸軸頸、懸伸量等參數一定時，跨距越大，主軸端部變形越大；主軸軸承彈性變形引起的主軸端部變形，則隨跨距的增大而減小，即跨距越大，軸承剛度對主軸端部的影響越小。6、主軸組件設計主軸參數6、主軸組件設計主軸參數主軸端部變形為

前后支承的變形量、分別為6、主軸組件設計主軸參數剛性主軸彈性支承引起的主軸端部變形為主軸端部的總撓度為6、主軸組件設計主軸參數主軸組件的柔度為柔度的二階導數為柔度的二階導數大于零，因此，主軸組件存在最小柔度

6、主軸組件設計主軸參數當柔度一階導數等于零時，主軸組件剛度為最大值，這時的跨距應為最佳跨距。即

整理后得6、主軸組件設計剛度校核（4）主軸組件的剛度校核結構設計完成后，所有的結構和尺寸參數已經確定，由于主軸組件是機床最關鍵的部件之一，因此必須校核計算主軸組件在計算轉速、額定載荷時的剛度或撓度。主軸組件校核時支承點的確定，徑向軸承（深溝球軸承、圓柱滾子軸承或雙列圓柱滾子軸承）簡化后的支承點在軸承寬度的中部。

6主軸組件設計主軸參數7、主軸組件設計靜剛度校核

（1）對主軸組件靜剛度校核

當量直徑

主軸的當量慣性矩

主軸彈性變形引起的軸端變形7、主軸組件設計靜剛度校核

由于，相對較大，引起的軸端變形小，對主軸剛度的影響較輕，故初步校核計算時可忽略主軸懸伸部分變形而引起的端部變形。只有的計算結果接近或大于要求值時，才詳細計算。將替代進行計算。即主軸自身的剛度為

6、主軸組件設計靜剛度校核軸承的彈性變形引起的主軸端部的變形為

由于后軸承相對剛度較大，承受的負載相對較輕，故變形小，且對主軸端部的影響也小。初步校核剛度時，可忽略后軸承造成的影響。§3-2支承件設計本節基本要求與重點：1、掌握支承件受力變形及其對工件加工精度的影響；2、掌握提高支承件靜剛度的措施；3、了解隔板、加強筋的分類及各自的特點；4、了解支承件常用的材料及其特性。

一、定義、功用和基本要求1、定義：床身、立柱、橫梁、底座等尺寸大、重量大的零件。2、功用支承其上的其他零部件；保證并保持各零部件的相互位置和相對運動關系；承受切削力、摩擦力、夾緊力等載荷；有時容納變速機構、電動機、電氣箱、切削液、潤滑油等。數控車床支承件床身拖板箱體箱體（床腳）基本要求其他方面內應力熱變形抗振性靜剛度自身剛度局部剛度接觸剛度具有足夠的靜剛度和較高的剛度—重量比抵抗受迫振動抵抗自激振動

具有較好的熱變形特性。具有較小的內應力。排屑、操縱、油液回收、加工及裝配工藝性、吊裝等。二、靜力分析1、目的：分析支承件的受載情況、產生的變形及由之引起的加工誤差，從而有效地進行支承件的結構設計。2、機床受力的類型類型中、小型機床精密和高精度機床大型機床主要載荷切削力移動件重力、熱應力切削力、工件和移動部件重力可忽略載荷工件重量、移動部件重量切削力

適用機床中型車床、銑床、鉆床、加工中心雙柱立式坐標鏜床重型車床、落地鏜銑床、龍門式機床3、靜力分析

受力變形

豎直面內的彎矩和彎曲變形水平面內的彎矩和彎曲變形橫截面內的轉矩和扭轉變形FzFyFzFy受力情況

變形影響豎直面內變形可忽略不計。水平面內的變形近似1∶1地反映到工件半徑誤差上；且各處的變形量不同，使工件產生腰鼓形。扭轉變形同水平面內的變形相近。結論：應根據水平面內的彎曲變形、扭轉變形進行結構設計。受力變形

豎直面內的彎矩和彎曲變形水平面內的彎矩和彎曲變形橫截面內的轉矩和扭轉變形FyFzFyFz受力情況

三、提高支承件靜剛度的措施1、正確選擇截面的形狀和尺寸

——提高支承件的自身剛度

支承件承受的載荷主要是彎矩和扭矩，產生的變形主要是彎、扭變形。在其他條件相同時，抗彎、抗扭剛度與截面慣性矩有關。同一材料截面積相等而形狀不同時，截面慣性矩相差很大，合理選擇截面慣性矩可提高支承件自身剛度。從表中可看出：1）無論圓形、方形或矩形，都是空心截面的剛度比實心的大，因此，床身截面應作成中空形狀。

2）保持橫截面不變，加大外廓尺寸，減少壁厚，可提高截面抗彎、抗扭剛度。

3)封閉截面比不封閉截面剛度大。

截面形狀與慣性矩的關系(截面積＝10000mm2）

支承件的結構設計表3-9

截面形狀與慣性矩的關系截面形狀833246041706930%1043085218661406415170375590%88259440350截面形狀與慣性矩的關系(截面積＝10000mm2）

4)圓形截面的抗扭剛度好，而抗彎剛度較差；而方形截面正相反。5)矩形截面的抗彎剛度＞方形截面。因此，以承受彎矩為主的支承件截面應采用矩形。

臥式床身常見截面形狀(a)三面封閉式截面．主要用于無升降臺銑床、龍門銑床及龍門刨床等，因不需要從床身排屑，所以頂面封閉。(b)三面封閉的截面，內部可用于存儲潤滑油或冷卻液，安裝傳動機構，主要用于載荷較小的機床，如磨床等。(c)兩面封閉式截面，便于排除切屑和冷卻液，但剛度較低，常用于中小型車床。(d)重型機床的床身截面，有三個床壁，適于承受重載。(e)圓形截面抗扭剛度高，抗彎剛度差，適于載荷不大的機床，如搖臂鉆床、臺式鉆床等。(f)對稱方形截面，內部有加強筋和隔板．抗彎抗扭剛度都很高，用于承受復雜的空間載荷，如銑床和鏜床的立柱。(g)對稱矩形截面，抗彎剛度高，用于承受彎曲載荷較大的機床，如中、大型單抽或多軸立式鉆床、組合機床等。(h)矩形截面，內部設有加強筋，抗彎剛度高，主要用在龍門機床上。機床立柱（立式床身）常見截面形狀2、合理布置隔板（肋板）—提高支承件的自身剛度使用條件薄壁封閉截面的支承件非全封閉截面的支承件支承件截面形狀和尺寸受到結構上的限制定義：在支承件兩外壁之間起連接作用的內板。

目的將支承件外壁的局部載荷傳遞給其他壁板，使它們均衡地承擔載荷；將外壁的彎曲變形轉化為隔板的拉伸和壓縮變形，從而阻止外壁的彎曲變形。

類型及其作用作用：提高抗彎剛度。縱向隔板:縱向隔板的布置布置彎曲平面內（見下圖（a））橫向隔板的布置橫向隔板：將支承件的外壁橫向連接起來。作用：提高抗扭剛度。斜向隔板：提高抗彎、抗扭剛度。普通車床斜向隔板的布置未加斜向隔板的變形情況加斜向隔板的變形情況車床床身的幾種隔板形式普通車床床身隔板的布置措施：

數控車床床身截面高速、強力切削車床及數控車床床身隔板的布置關鍵問題主體部分采用封閉截面，不但提高了剛度，且能自由排屑，但鑄造較困難；將導軌做成傾斜的。剛度排屑3、合理開孔和加蓋—

提高支承件的自身剛度原因：為了安裝機件和清沙，在支承件外壁及隔板上需做出各種窗孔；其形狀、大小和位置，將影響支承件的剛度，尤其是抗扭剛度。

開孔的位置大小：一般要求開孔在支承件壁幾何中心附近或在中心線附近交叉布置，孔寬和孔徑以不大于壁寬的0.25倍為宜。

加蓋：開孔對抗彎剛度影響較小。開孔后加蓋并用螺釘擰緊，可將抗彎剛度恢復到接近未開孔時的程度；采用嵌入蓋比面覆蓋要好。開孔對抗扭剛度影響較大，加蓋后可恢復到原來的35%～41%。開孔和加蓋對剛度的影響4、合理布置加強筋

—提高支承件的局部剛度

位置：配置在支承件的內壁上。

目的：減小載荷較集中結構處的局部變形和薄壁振動，提高支承件的局部剛度。形式加強筋布置方式導軌與床身連接處的結構5、提高支承件接觸剛度的措施活動接觸面固定接觸面影響因素接觸面的幾何精度接觸面的表面粗糙度

措施配磨或刮研

目的接觸點分布均勻增加實際接觸面積變形位置接觸面的接觸變形固定螺釘的變形支承件連接凸緣的局部變形

措施提高接觸面的表面粗糙度

增加固定螺釘的直徑和數量選擇適當的連接結構（圖）支承件連接部位的形式局部剛度最好;應用廣泛;占地面積小;外形美觀;鑄造因難。結構簡單；容易鑄造；局部剛度差；增加凸緣厚度雖可提高剛度，但連接螺釘隨之加長，降低連接剛度。在凸緣上設置加強筋;鑄造較容易;局部剛度得到提高。四、支承件的材料常用材料1、鑄鐵（灰鑄鐵）鑄造性能好，容易獲得復雜形狀；內摩擦大，阻尼系數大，振動衰減性好；成本低，制造周期長；適用于大批大量生產的機床支承件。鑄鐵鋼天然花崗巖預應力鋼筋混凝土樹脂混凝土2、鋼生產周期短，省去制作木模和鑄造工藝；無截面形狀限制，可焊成封閉件，剛性好；可根據受力情況布置或增加隔板、加強筋，提高剛度；固有頻率高；在剛度相同時，壁厚可為鑄鐵一半，重量輕；阻尼約為鑄鐵的l/3，抗振性較差；適用于單件、小批，大型、重型或有特殊要求的支承件。3、預應力鋼筋混凝土支承件的剛度和阻尼比鑄鐵大幾倍，抗振性好，成本較低。脆性大，耐腐蝕性差，油滲入導致材質疏松；表面需進行噴漆或噴塑處理。適用于受載均勻、截面積大、減振要求高的支承件。數控車床的底座和床身4、天然花崗巖熱穩定性好，導熱系數和線脹系數小，抗氧化性強，不導電，抗磁，與金屬不粘合。精度保持性好，耐磨性比鑄鐵高5～6倍抗振性好，阻尼系數比鋼大15倍，加工方便，通過研磨和拋光容易得到很高的精度和表面粗糙度?？箾_擊性能差，脆性大，油和水等液體易滲入晶界中，使表面局部變形脹大，難于制作復雜的零件。適用于三坐標測量機、印制電路板數控鉆床、氣浮導軌基座等。5、樹脂混凝土（人造花崗巖）

用樹脂和稀釋劑代替水泥和水，將骨料固結成為樹脂混疑土，也稱人造花崗巖。特點：剛度高；具有良好的阻尼性能，阻尼比為灰鑄鐵的8～10倍，抗振性好；熱容量大，熱傳導率低，導熱系數只為鑄鐵的1/25～1/40，熱穩定性高，其構件熱變形小；比重為鑄鐵的l／3，質量輕；種類：細骨料(河沙、硅沙)粗骨料(卵石、花崗巖、石灰石等碎石)。

可獲得良好的幾何形狀精度，表面精糙度也較低；對切削油、潤滑劑、冷卻液有極好的耐腐蝕性；與金屬粘接力強，可根據不同的結構要求，預埋金屬件，使機械加工量減少，降低成本；澆注時無大氣污染，符合生態學要求；生產周期短，工藝流程短；澆注出的床身靜剛度比鑄鐵床身提高16％~40％。缺點是某些力學性能低，但可以預埋金屬或添加加強纖維。在高速、高效、高精度加工機床具有廣泛的應用前景?！?-3導軌設計本節基本要求與重點：1、理解導軌的分類和基本要求；2、理解直線運動導軌四種不同截面形狀的特點；3、掌握導軌間隙的調整方法，以及壓板和鑲條的不同型式及其特點；4、了解滾動導軌的類型及結構特點。本節難點：導軌間隙的調整方法。一、定義、功用、分類及其基本要求定義：導軌面是機床上作相對運動的兩個配合面，因此也稱“導軌副”。運動的配合面稱為動導軌，而固定的配合面稱為固定導軌。功用：支承和引導運動部件沿一定的軌跡運動。

導軌示意圖導軌副導軌副運動件（工作臺）固定件（床身）導軌的分類按運動軌跡分類按工作性質分類按摩擦性質分類按受力情況分類直線運動導軌圓周運動導軌主運動導軌進給運動導軌移置導軌滑動導軌滾動導軌開式導軌閉式導軌普通滑動導軌液體動壓導軌液體靜壓導軌：不能承受較大顛覆力矩的作用：借助于壓板使導軌能承受較大的顛覆力矩作用。開式導軌和閉式導軌（a）開式導軌（b）閉式導軌基本要求

基本要求其他方面低速運動平穩性剛度耐磨性導向精度垂直面內的直線度水平面內的直線度兩導軌之間平行度

運動部件沿導軌運動時的準確度。

在長期使用中保持其導向精度的能力。導軌在外載荷作用下抵抗變形的能力。導軌低速運動或微量位移時不出現爬行現象。

結構簡單、工藝性好。二、導軌的截面與組合1、直線滑動導軌的截面形狀矩形三角形燕尾形圓形注：“－”為支承面，“－”為導向面，“－”為壓板面

類型矩形三角形燕尾形圓形特點制造簡單，剛度和承載能力大；水平方向和垂直方向上的位移互不影響，安裝、調整方便；導向面磨損后不能自動補償間隙。在垂直載荷作用下，導軌磨損后能自動補償，導向性好；壓板面需有間隙調整裝置；頂角增大，承載力增加，但導向精度差。磨損后不能自動補償間隙，需用間隙調整裝置；兩燕尾面起壓板面作用，用一根鑲條就可調整水平、垂直方向的間隙；導軌制造、檢驗和修理較復雜摩擦阻力大。制造簡單，內孔可珩磨，外圓經過磨削可達到精密配合；磨損后調整間隙困難。應用普通精度的機床或重型機床。同左一般用于要求高度小的多層移動組合部件，廣泛用于儀表機床。用于同時作移動和轉動的場合。如拉床、機械手等。不同截面形狀導軌的特點

2、回轉運動導軌的截面形狀平面環形導軌結構簡單、制造方便，能承受較大的軸向力，但不能承受徑向力。適用于由主軸定心的各種回轉運動導軌的機床，如高速大載荷立式車床等。平面環形導軌錐面環形導軌能同時承受軸向力和徑向力，但不能承受較大的顛覆力矩。導向性比平面環形導軌好，但制造較難。適用于承受一定徑向載荷和顛覆力矩的場合。錐面環形導軌雙錐面環形導軌能承受較大的徑向力、軸向力和一定的顛覆力矩，但制造研磨均較困難。雙錐面環形導軌三、導軌的組合形式1、雙三角形導軌的組合不需要鑲條調整間隙，接觸剛度好；導向性和精度保持性好；雙三角形組合導軌工藝性差，加工、檢驗和維修不方便。常用于在精度要求較高的機床中，如絲杠車床、導軌磨床、齒輪磨床等。2、雙矩形導軌的組合寬式組合：兩條導軌的外側導向窄式組合：一條導軌的兩側導向承載能力大，制造簡單。常用于在普通精度機床和重型機床中，如重型車床、組合機床、升降臺銑床等。導向方式寬式組合窄式組合雙矩形組合導軌3、矩形和三角形導軌的組合導向性好，剛度高，制造方便；應用最廣，如車床、磨床、龍門銑床的床身導軌。矩形和三角形組合導軌4、矩形和燕尾形導軌的組合這類組合的導軌能承受較大力矩，調整方便；常用于橫梁、立柱、搖臂導軌中。注意事項：要求較大剛度和承載能力時，采用矩形導軌；中、小型臥式車床床身是由三角形和矩形導軌的組合；而重型車床上則采用雙矩形導軌、以提高承裁能力；要求導向精度高的機床采用三角形導軌。能自動補償間隙、導向性好；矩形導軌和圓形導軌工藝性好；三角形導軌和燕尾形導軌工藝性差；要求結構緊湊、高度小、調整方便的機床采用燕尾形導軌。四、導軌間隙的調整保證導軌副的導向精度降低對導軌制造公差的要求1、目的導軌裝配時導軌磨損后2、間隙調整方法

鑲條作用：調整矩形和燕尾形導軌的導向面間隙。種類平鑲條斜鑲條平鑲條間隙調整裝置平鑲條外形：長度方向上厚度相等，橫截面為矩形、平行四邊形或直角梯形。調整方法：通過橫向移動來調整間隙。特點：(a)、(b)：鑲條制造容易，各處間隙不易調整均勻，剛件差；(c)：鑲條剛性好，裝配方便，但調整麻煩。斜鑲條沿其長度方向有一定斜度，靠縱向位移使其兩個側面分別與動導軌和支撐導軌接觸，調整導軌間隙，常用斜度在1∶100～1∶40之間。特點：在全長上兩個面分別同動導軌和固定導軌均勻接觸；支承面積同調整位置無關；剛度比平鑲條高，但加工困難。斜鑲條結構斜鑲條間隙調整裝置斜鑲條圖(a)－結構簡單，但螺釘凸肩和鑲條凹槽之間的間隙會引起鑲條在往復運動中的竄動，影響導向精度和剛度。圖(b)－對圖(a)的改進，為避免竄動增加了鎖緊螺母3，其結構簡單，應用廣泛。斜鑲條圖(c)－通過螺母3、4調整間隙，用螺母5鎖緊。工作可靠，但結構相對復雜。圖(d)－是通過分別位于鑲條兩端的螺釘2、3調整間隙，避免了鑲條l的竄動，適于鑲條較短的場合。斜鑲條間隙調整裝置壓板間隙調整裝置1－壓板，2－工作臺，3－支承面，4－墊片，5－鑲塊，6－調整螺釘壓板作用：用于承受顛覆力矩和調整輔助導軌面間隙。刮研墊片鑲塊五、直線滾動導軌部件1、滾動導軌：在滑動導軌兩導軌面之間放置滾動體而形成的導軌副。直線滾動導軌部件2、特點摩擦系數小(一般為0.0025～0.005)，而且靜、動摩擦系數十分接近，運動靈活，具有很高的定位精度；滾動體和導軌的硬度高，潤滑良好，具有較高的精度保持性；安裝調試簡便，具有很高的性能價格比。3、應用場合用于實現微量進給，如外圓磨床砂輪架的移動；用于精密定位，如坐標鏜床工作臺的移動；用于對運動靈敏度要求高的地方，如數控機床。4、基本組成滑塊滑軌端蓋鋼珠保持器油嘴油管接頭滾動循環系統潤滑系統防塵系統雙刮油片金屬刮板底面防塵片滑軌螺栓蓋直線滾動導軌的基本組成

齒條一體化直線運動導軌

圓弧運動導軌5、類型寬式直線運動導軌圓柱形直線滾動導軌

6、配置單導軌配置雙導軌配置Ⅰ雙導軌配置Ⅱ雙導軌配置Ⅲ雙導軌配置Ⅴ雙導軌配置Ⅳ7、安裝在使用兩個以上導軌條時，其中只能有一個作為基準，其他則作為從動導軌。

導軌無側向定位面的安裝機床受到振動及沖擊力作用且要求高剛性高精度的