第十三講 機(jī)床支承件及導(dǎo)軌設(shè)計

金屬切削與機(jī)床

MetalCutting&MachineTools第十三講機(jī)床支承件與導(dǎo)軌設(shè)計機(jī)床支承件設(shè)計支承件功用及基本要求

支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計

支承件材料與熱處理機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌功用、分類及基本要求導(dǎo)軌的截面形狀和導(dǎo)軌間隙的調(diào)整導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)類型和特點提高導(dǎo)軌耐磨性的措施（滑動導(dǎo)軌）機(jī)床支承件設(shè)計支承件功能及基本要求主要功能：保證機(jī)床各零、部件之間的相互位置和相對運(yùn)動精度，并保證機(jī)床有足夠的靜剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性和耐用度。機(jī)床支承件設(shè)計支承件功能及基本要求應(yīng)滿足要求：足夠的剛度和較高的剛度—質(zhì)量比。排屑暢通、吊運(yùn)安全，并具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。較好的動態(tài)特性（提高固有頻率）：支承件的固有頻率不致與激振頻率重合而產(chǎn)生共振；應(yīng)具有較大的動剛度（激振力的副值與振副之比）、較大的阻尼，使支承件受到一定副值周期性激振力的作用時，受迫振動的振幅較小。2023/2/35提高動態(tài)特性改善阻尼特性采用新材料制造支承件封沙結(jié)構(gòu)的床身鏜床主軸箱的截面圖為增大阻尼，提高動態(tài)特性，將鑄造砂芯封裝在箱內(nèi)。2023/2/36改善阻尼特性焊接件減振板a）鑄鐵板b)點焊在一起的兩塊板c）四周焊在一起的兩塊鋼板懸梁的阻尼1一鐵塊2一鋼球3一高粘度油

振動時，油在鋼球間產(chǎn)生的粘性摩擦及鋼球、鐵塊間的碰撞，可耗散振動能量，增大阻尼。機(jī)床支承件設(shè)計支承件功能及基本要求應(yīng)滿足要求：熱穩(wěn)定性好——減小熱變形、不均勻熱變形，降低對加工精度的影響。散熱、隔熱—加大散熱面積、加設(shè)散熱片、風(fēng)扇、人工致冷、隔離熱源。；均熱—采用“熱對稱”等結(jié)構(gòu)，減小熱變形對精度的影響。機(jī)床支承件設(shè)計支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計首先考慮所屬機(jī)床的類型、布局及常用支承件的形狀。綜合考慮其工藝性，初步?jīng)Q定其形狀和尺寸。進(jìn)行有限元計算，求出其靜態(tài)剛度和動態(tài)特性。修改和完善，選出最佳結(jié)構(gòu)形式，既能保證支承件具有良好的性能，又能盡量減輕重量，節(jié)約金屬。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計機(jī)床類型中、小型機(jī)床以切削力為主；重量（工件、移動部件）忽略不計；精密和高精密機(jī)床以移動件的重力和熱應(yīng)力為主；切削力較?。ㄒ跃庸橹鳎┖雎圆挥?，如雙柱立式坐標(biāo)鏜床。大型和重型機(jī)床同時考慮工件重力、切削力和移動件重力：如重型車床、落地鏜銑床、龍門機(jī)床等。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計機(jī)床布局形式臥式數(shù)控車床的布局形式a）平床身b)后傾床身c）前傾拖板d)前傾床身支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計機(jī)床布局形式床身導(dǎo)軌的傾斜角度有30°,45°,60°,75°。小型數(shù)控車床采用45°,60°的較多。中型臥式車床采用前傾床身、前傾拖板布局形式較多，其優(yōu)點是排屑方便，不使切屑堆積在導(dǎo)軌上將熱量傳給床身而產(chǎn)生熱變形；容易安裝自動排屑裝置；床身設(shè)計成封閉的箱形，能保證有足夠的抗彎和抗扭強(qiáng)度。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計支承件的靜剛度支承件的靜剛度自身剛度局部剛度接觸剛度支承件的變形自身變形局部變形接觸變形例：床身

載荷是通過導(dǎo)軌面施加到床身上去的。變形包括床身自身的變形，導(dǎo)軌部分局部的變形，導(dǎo)軌表面的接觸變形。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計支承件的自身剛度（1）自身剛度：在外載荷作用下，支承件本體抵抗變形的能力。（2）自身剛度主要應(yīng)考慮彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。

（3）主要決定于支承件的材料、形狀、尺寸、隔板的布置等。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計支承件的局部剛度抵抗局部變形的能力。（1）局部變形發(fā)生在載荷集中的地方。（3）局部剛度與支承件局部受載荷處的結(jié)構(gòu)、尺寸等有關(guān)。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計支承件的接觸剛度（1）接觸剛度：支承件的結(jié)合面在外載荷的作用下抵抗接觸變形的能力。（2）兩個平面接觸，平面有一定的宏觀不平度，因而實際接觸面積只是名義接觸面積的一部分；由于微觀不平，真正接觸的只是一些高點。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計支承件的接觸剛度（3）接觸剛度是平均壓強(qiáng)與變形之比，兩者屬于非線性關(guān)系。當(dāng)壓強(qiáng)很小時，兩個面之間只有少數(shù)高點接觸，接觸剛度較低。當(dāng)壓強(qiáng)較大時，這些高點產(chǎn)生了變形，實際接觸面積增加，接觸剛度提高。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計支承件的接觸剛度（4）自身剛度與局部剛度對接觸壓強(qiáng)的分布有影響如自身剛度和局部剛度較高，則接觸壓強(qiáng)的分布基本上是均勻的，接觸剛度也較高。如自身剛度或局部剛度不足，則在集中載荷作用下，構(gòu)件變形較大，使接觸壓強(qiáng)分布不均，使接觸變形分布也不均，降低了接觸剛度。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計

支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)采用適當(dāng)?shù)拇胧?，提高支承件的自身剛度、局部剛度和接觸剛度。正確選擇支承件形狀和尺寸

合理布置隔板、筋板合理開窗、加蓋支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計支承件形狀選擇箱形類:支承件在三個方向的尺寸上都相差不多，如各類箱體、底座、升降臺等。

板塊類:支承件在兩個方向的尺寸上比第三個方向大得多，如工作臺、刀架等。

梁類:支承件在一個方向的尺寸比另兩個方向大得多，如立柱、橫梁、搖臂、滑枕、床身等。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計支承件截面形狀與選擇支承件結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計是應(yīng)在最小重量條件下，具有最大靜剛度。靜剛度主要包括彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度，均與截面慣性矩成正比。支承件截面形狀不同，即使同一材料、相等的截面積，其抗彎和抗扭慣性矩也不同。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計支承件截面形狀與選擇支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計不同截面的抗彎抗扭慣性矩

比較截面積相同（100cm2），截面形狀不同的慣性矩的計算值和相對值，得出：

1．空心截面的剛度比實心的大→床身截面應(yīng)做成中空形式。

2．圓形（環(huán)形）截面的抗扭剛度比方形或矩形截面大；抗彎剛度比方形小。受彎矩為主的支承件的截面應(yīng)用矩形（立鉆、插床立柱）；受扭矩為主的支承件應(yīng)采用圓形（環(huán)形）的截面；既承受彎矩又承受扭矩的支承件應(yīng)采用近似正方形。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計不同截面的抗彎抗扭慣性矩

比較截面積相同（100cm2），截面形狀不同的慣性矩的計算值和相對值，得出：

3．封閉截面的剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于開口截面的剛度，特別

是抗扭剛度。4．保持橫截面積不變，加大外廓尺寸，減少壁厚，

可提高截面剛度。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計不同截面的抗彎抗扭慣性矩例：臥式床身截面的基本形式：空心矩形截面

車床類床身：兩面封閉式截面，便于排除大量切屑和冷卻液，剛度較低——中小型車床。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計不同截面的抗彎抗扭慣性矩例：無升降臺銑床、龍門刨床、龍門銑床床身——三面封閉式截面，不需要從床身排屑。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計不同截面的抗彎抗扭慣性矩例：大型和重型機(jī)床床身:三壁結(jié)構(gòu)（雙層壁結(jié)構(gòu)），承受重載。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計不同截面的抗彎抗扭慣性矩例：

磨床類床身:三面封閉式截面，內(nèi)部可用于儲存潤滑油和冷卻液，安裝傳動機(jī)構(gòu)——載荷較小的機(jī)床。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計不同截面的抗彎抗扭慣性矩例：立式床身（立柱截面）的基本形式：圓形、方形，封閉結(jié)構(gòu)圓形截面：抗扭剛度↑、抗彎剛度↓，用于載荷不大機(jī)床，如搖臂、臺式鉆床的立柱（床身）、組合機(jī)床的立柱。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計不同截面的抗彎抗扭慣性矩例：

對稱方形截面：抗扭剛度↑、抗彎剛度↑，用于承受復(fù)雜的空間載荷，如鏜床和銑床的立柱（床身）、組合機(jī)床的立柱。

支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計不同截面的抗彎抗扭慣性矩例：對稱矩形截面：抗扭剛度↓、抗彎剛度↑，用于承受彎曲載荷較大的機(jī)床，如中大型單軸或多軸立式鉆床、組合機(jī)床的立柱。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計不同截面的抗彎抗扭慣性矩例：矩形截面，內(nèi)部設(shè)有加強(qiáng)筋：如龍門式機(jī)床的立柱、組合機(jī)床的立柱。2023/2/332提高支承件的靜剛度數(shù)控車床床身截面圖：傾斜式空心封閉箱形結(jié)構(gòu)，排屑方便，抗扭剛度高。加工中心床身截面圖：采用三角形肋板結(jié)構(gòu)，抗扭抗彎剛度均較高。2023/2/333提高支承件的靜剛度采用雙層壁加強(qiáng)肋的結(jié)構(gòu)，其內(nèi)腔設(shè)計成供液壓油循環(huán)的通道使床身溫度場一致，防止熱變形；立柱設(shè)計成雙重壁加強(qiáng)肋的封閉式框架結(jié)構(gòu)，剛度好。滾齒機(jī)大立柱和床身截面的立體示意圖支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計例：搖臂鉆床受力分析（僅分析切削轉(zhuǎn)矩、進(jìn)給力）立柱和搖臂——梁類件；底座——板類件；主軸箱——箱形件。

支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計搖臂鉆床受力分析（轉(zhuǎn)矩T、進(jìn)給力Ff）支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計搖臂受力分析（轉(zhuǎn)矩T、進(jìn)給力Ff）1、yz平面內(nèi)：最大彎矩M1=Ff·L，使搖臂產(chǎn)生彎曲變形；2、xz平面內(nèi)：繞y軸的扭矩M2=Ff·e，使搖臂產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。3、xy平面內(nèi)：切削轉(zhuǎn)矩T作用于搖臂，產(chǎn)生彎曲變形。但T比Ff要小得多。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計搖臂受力分析結(jié)論：搖臂所受的載荷，主要是：豎直(yz)面內(nèi)的彎矩M1；繞y軸的扭矩M2。

這兩個力矩使搖臂產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形。使主軸偏離其正確位置。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計搖臂形狀選擇原則：截面形狀應(yīng)為空心矩形。四周盡量封閉。豎向尺寸應(yīng)大于橫向尺寸。但由于扭矩的存在，這兩個方向的尺寸不宜相差太大。搖臂靠近立柱處的根部彎矩最大，往自由端逐漸減小，故搖臂的截面也是越靠近根部越大。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計立柱受力分析（轉(zhuǎn)矩T、進(jìn)給力Ff）立柱分內(nèi)外兩層；搖臂沿外柱升降，并連同外柱繞內(nèi)柱轉(zhuǎn)動。搖臂與外柱在上、下兩圈D、E處接觸。工作時，內(nèi)、外柱之間在F處夾緊。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計立柱受力分析搖臂作用于外柱的，可看作是由D、E點處兩個集中力組成的力偶。①yz平面內(nèi)：彎矩M1=Ff·L

②xz平面內(nèi)：彎矩M2=Ff·e③切削轉(zhuǎn)矩T使外柱扭轉(zhuǎn)，扭矩作用于E與F之間。通常這個扭轉(zhuǎn)變形可以忽略。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計立柱受力分析結(jié)論：立柱內(nèi)、外層都以彎曲變形為主。立柱的彎曲變形也將使主軸偏離其正確位置。立柱的形狀往往是圓形的，故Ml、M2兩個力矩中，只需考慮大的一個，一般為Ml=Ff·L。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)柱形狀選擇原則：主要承受（yz和xz面內(nèi)的）彎矩，越靠近下支承點F處，彎矩越大。F處到根部彎矩不變。故內(nèi)立柱在上、下支承間一段CF應(yīng)上細(xì)下粗。F處到根部可做成等截面。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)柱形狀選擇原則：主軸中心與搖臂的中心面越近，則力臂e越小，扭矩M2=Ff·e也越小。所以設(shè)計主軸箱時應(yīng)使主軸中心盡量接近導(dǎo)軌。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計隔板、筋條的合理選擇（1）隔板：在支承件兩外壁間起連接作用的內(nèi)壁。（2）隔板的作用：把作用于支承件局部地區(qū)的載荷傳遞給其他壁板，從而使整個支承件承受載荷，提高支承件的自身剛度。

（3）當(dāng)支承件不能做成封閉的截形時，則在其內(nèi)部設(shè)置隔板，以提高自身剛度。設(shè)置隔板是提高剛度的有效方法之一，其效果比增加壁厚更為顯著。

支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計隔板、筋條的合理選擇隔板有三種布局形式，取決于支承件的受力變形?！艨v向筋板(水平布置)

縱向筋板布置在彎曲平面內(nèi)，↑抗彎剛度：支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計隔板、筋條的合理選擇隔板有三種布局形式，取決于支承件的受力變形。

◆橫向筋板(垂直布置)

橫向筋板是將支承件的外壁橫向連接起來，↑抗扭剛度：支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計隔板、筋條的合理選擇隔板有三種布局形式，取決于支承件的受力變形。◆斜向筋板同時↑抗彎剛度和↑抗扭剛度。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計

常見的幾種臥式車床床身筋板(隔板)的布置形式：

T形隔板：水平抗彎剛度高。用于剛度要求不高的小型車床。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計

W形斜向隔板用于床身長寬比小于5的短床身（同∩形隔板）或長床身，封閉三角形，水平抗彎和抗扭剛度高。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計

∩形隔板：用于床身長度L≤750～1000的中型車床，水平面和垂直面的抗扭剛度顯著提高。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計

半封閉斜向隔板：用于最大加工直徑大于D>630mm的臥式車床床身，床身主體部分形成封閉截面，剛性好。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計隔板、筋條的合理選擇

一般布置在支承件的內(nèi)壁上。

作用：↓局部變形和薄壁振動，用來提高支承件的局部剛度。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計隔板、筋條的合理選擇布局：縱向、橫向和斜向，常布置成交叉排列。①必須使筋條位于壁板的彎曲平面內(nèi)；②筋條厚度一般為床身壁厚的0.7～0.8倍；③一般鑄鐵床身用井字形，焊接床身用米字形。④局部增設(shè)筋條，提高支承件的局部剛度。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計隔板、筋條的合理選擇加強(qiáng)筋的常見形式：☆直線型加強(qiáng)筋：載荷較小窄壁上，剛性差。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計隔板、筋條的合理選擇☆直角相交的加強(qiáng)筋（井字形）箱形截面的床身和平板上，易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計隔板、筋條的合理選擇☆三角形及斜向交叉形加強(qiáng)筋支承件的寬壁與平板上，剛度高。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計隔板、筋條的合理選擇☆米字型加強(qiáng)筋焊接床身，抗彎和抗扭剛度較高，工藝性差。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計隔板、筋條的合理選擇☆蜂窩形加強(qiáng)筋平板上，內(nèi)應(yīng)力小。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計隔板、筋條的合理選擇☆局部增設(shè)肋條，提高局部剛度。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計合理開窗和加蓋(1)支承件外壁開窗孔，會降低抗彎、抗扭剛度，其中抗扭剛度降低更大。應(yīng)避免在主要承受扭矩的支承件上開孔。(2)對抗彎剛度，于彎曲平面垂直的壁上的窗孔，影響最大。對抗扭剛度，較窄壁上的窗孔，比寬壁上的影響大。(3)窗孔應(yīng)靠近支承件的幾何中心線附近，孔寬或孔徑不超過支承件寬度的0.25倍。(4)窗孔邊緣厚一些(翻邊)，工作時加蓋，并用螺釘上緊，可補(bǔ)償一部分剛度的損失。

支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計連接部位的合理選擇(1)

設(shè)圖a的一般凸緣連接，相對連接剛度為1.0(2)

圖b：有加強(qiáng)肋的凸緣連接為1.06(3)

圖c：凹槽式為1.80(4)

圖d：U型加強(qiáng)肋結(jié)構(gòu)為1.85支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計局部過渡例：車床床身，由于床身的基本部分較薄而導(dǎo)軌較厚，如設(shè)計成圖11-8a的形狀，則在載荷F的作用下，導(dǎo)軌處易發(fā)生局部變形。

采用加厚的過渡壁，并加肋(圖b)，可顯著地提高導(dǎo)軌處的局部剛度。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計合理配置加強(qiáng)肋（筋）(1)有些支承件的內(nèi)部要安裝其它機(jī)構(gòu)，不但不能封閉，即使安裝隔板也會有所妨礙，這時采用加強(qiáng)肋來提高剛度。(2)合理配置加強(qiáng)肋是提高局部剛度的有效方法。(3)加強(qiáng)肋的高度可取為壁厚的4～5倍，厚度與壁厚之比為0．8～1。圖a的肋用來提高軸承座處的局部剛度；圖b和圖c為當(dāng)壁板面積大于400×400mm2時，為避免薄壁振動而在壁板內(nèi)表面加的肋。其作用在于提高壁板的抗彎剛度。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計合理配置加強(qiáng)肋（筋）合理選擇支承件壁厚原則：減輕重量，根據(jù)工藝上的可能盡量選擇薄一些。支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)當(dāng)量尺寸C選擇鑄鐵件的壁厚：

L、B、H——鑄件的長、寬、高（m）。支承件材料與熱處理支承件的時效處理，消除殘余應(yīng)力普通精度機(jī)床的支承件：粗加工后進(jìn)行一次時效。精密機(jī)床的支承件：粗加工前、后各一次。高精度機(jī)床的支承件：進(jìn)行熱時效處理后，進(jìn)行天然時效處理——把鑄件堆放在露天一年左右，讓它們充分地變形。支承件材料與熱處理支承件材料：一般支承件用灰鑄鐵，在鑄鐵中加入少量合金元素可提高耐磨性。鑄造性能好，容易獲得復(fù)雜結(jié)構(gòu)的支承件，同時鑄鐵的內(nèi)摩擦力大，阻尼系數(shù)大，使振動衰減的性能好成本低。缺點：鑄件需要木模芯盒，制造周期長，有時產(chǎn)生縮孔、氣泡等缺陷，成本高，適于成批生產(chǎn)。鑄鐵（根據(jù)導(dǎo)軌要求選擇）支承件材料與熱處理支承件材料：制造周期短，省去制作木模和鑄造工藝；支承件可制成封閉結(jié)構(gòu)，剛性好，便于產(chǎn)品更新和結(jié)構(gòu)改進(jìn)；鋼板焊接支承件固有頻率比鑄鐵高，在剛度要求相同情況下，采用鋼焊接支承件可比鑄鐵支承件壁厚減少一半，重量減輕20%～30％。缺點：鋼板材料內(nèi)摩擦阻尼約為鑄鐵的1/3，抗振性較鑄鐵差，為提高機(jī)床抗振性能，可采用提高阻尼的方法來改善動態(tài)性能。鋼板和型鋼（常用3號或5號鋼）支承件材料與熱處理支承件材料：優(yōu)點：性能穩(wěn)定，精度保持性好，抗振性好，阻尼系數(shù)比鋼大15倍，耐磨性比鑄鐵高5-6倍，導(dǎo)熱系數(shù)和線脹系數(shù)小，熱穩(wěn)定性好，抗氧化性強(qiáng)，不導(dǎo)電，抗磁，與金屬不粘合，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。缺點：是結(jié)晶顆粒粗于鋼鐵的晶粒，抗沖擊性能差，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(fù)雜的零件。天然花崗巖支承件材料：支承件材料與熱處理預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土主要用于制作不常移動的大型機(jī)械的機(jī)身、底座、立柱等支承件。剛度和阻尼比鑄鐵大幾倍，抗振性好，成本較低。缺點：脆性大，耐腐蝕性差，油滲入導(dǎo)致材質(zhì)疏松，所以表面應(yīng)進(jìn)行噴漆或噴涂塑料。數(shù)控車床的底座和床身示意圖1一混凝土床身2一內(nèi)封沙芯支承件材料與熱處理支承件材料：樹脂混凝土（人造花崗巖）樹脂混凝土與普通混凝土不同，它是用樹脂和稀釋劑代替水泥和水，將骨料固結(jié)成為樹脂混凝土，也稱人造花崗巖。采用合成樹脂為粘接劑，加入固化劑、稀釋劑、增韌劑等將骨料固結(jié)而成。稀釋劑的作用是降低樹脂的粘度，使?jié)茶T時有較好的滲透力，防止固化時產(chǎn)生氣泡。增韌劑用來提高韌性，提高抗沖擊強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度。支承件材料與熱處理支承件材料：樹脂混凝土（人造花崗巖）剛度高、抗振性好、耐水、耐化學(xué)腐蝕和耐熱特性。缺點是某些力學(xué)性能低，但可以預(yù)埋金屬或添加加強(qiáng)纖維。對于高速、高效、高精度加工機(jī)床具有廣泛的應(yīng)用前景。樹脂混凝土床身整體結(jié)構(gòu)形式導(dǎo)軌部分是金屬件，預(yù)先加工好，作為預(yù)埋件直接澆鑄在床身上；左下圖：采用預(yù)留導(dǎo)軌等部件的準(zhǔn)確安裝面，床身澆鑄好之后，將這些部件粘接在機(jī)床床身上。適用于形狀不復(fù)雜的中小型機(jī)床床身。整體結(jié)構(gòu)樹脂混凝土床身與金屬部件聯(lián)接1一樹脂混凝土2一預(yù)埋件3一銷釘4-螺釘5一導(dǎo)軌樹脂混凝土床身分塊結(jié)構(gòu)：把大型床身構(gòu)件分成幾個形狀簡單、便于澆注的部件，各部分分別澆注后，再用粘接劑或其它形式聯(lián)接起來。優(yōu)點：簡化澆注模具的結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)模塊化，適于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的床身。分塊結(jié)構(gòu)樹脂混凝土床身框架結(jié)構(gòu)：采用金屬型材焊接出床身的周邊框架，在框架內(nèi)澆注樹脂混凝土。這種結(jié)構(gòu)剛性好，適用于結(jié)構(gòu)較簡單的大中型機(jī)床床身?？蚣芙Y(jié)構(gòu)機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌功能、分類及基本要求導(dǎo)軌的功用是承受載荷和導(dǎo)向。運(yùn)動的導(dǎo)軌稱為動導(dǎo)軌，不動的導(dǎo)軌稱為靜導(dǎo)軌或支承導(dǎo)軌。動導(dǎo)軌相對于靜導(dǎo)軌可以作直線運(yùn)動或者回轉(zhuǎn)運(yùn)動。機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌功能、分類及基本要求進(jìn)給運(yùn)動導(dǎo)軌移置導(dǎo)軌主運(yùn)動導(dǎo)軌直線運(yùn)動導(dǎo)軌圓周運(yùn)動導(dǎo)軌按工作性質(zhì)按運(yùn)動軌跡機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌功能、分類及基本要求滑動導(dǎo)軌滾動導(dǎo)軌按接觸面的摩擦性質(zhì)普通滑動導(dǎo)軌液體靜壓導(dǎo)軌液體動壓導(dǎo)軌氣體靜壓導(dǎo)軌機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌功能、分類及基本要求開式導(dǎo)軌閉式導(dǎo)軌按結(jié)構(gòu)形式開式導(dǎo)軌：在部件自重和載荷作用下，動導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌的工作面始終保持相互接觸、貼合。

特點：結(jié)構(gòu)簡單，不能承受較大顛覆力矩。

機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌功能、分類及基本要求開式導(dǎo)軌閉式導(dǎo)軌按結(jié)構(gòu)形式閉式導(dǎo)軌：借助于壓板使導(dǎo)軌能承受較大的顛覆力矩作用。圖（b），借助壓板1、2形成輔助導(dǎo)軌面，能承受較大顛覆力矩。機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌功能、分類及基本要求

1．導(dǎo)向精度高主要影響因素：

①導(dǎo)軌幾何精度和接觸精度；②導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式；③導(dǎo)軌和支承件的剛度和熱變形；④導(dǎo)軌的油膜厚度和油膜剛度（液體靜壓和動壓導(dǎo)軌）。機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌功能、分類及基本要求2．承載能力大，剛度好

主要影響因素：導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式、尺寸（截面形狀和尺寸）；與支承件的連接方式；受力情況（載荷性質(zhì)、大小、方向）。機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌功能、分類及基本要求

3．精度保持性好（耐磨性好）

常見的磨損形式：磨料磨損、咬合磨損、接觸疲勞磨損。

影響因素：導(dǎo)軌摩擦性質(zhì)；導(dǎo)軌材料；熱處理和加工方法；受力情況（載荷狀況）；潤滑和防護(hù)條件。機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌功能、分類及基本要求4．低速運(yùn)動平穩(wěn)

指導(dǎo)軌抵抗摩擦自激振動的能力，即動導(dǎo)軌作低速運(yùn)動或微量進(jìn)給時，消除“爬行”現(xiàn)象的程度。

影響因素：靜、動摩擦系數(shù)的差值；傳動系統(tǒng)的剛度；運(yùn)動部件的質(zhì)量、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式、潤滑。5．結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好易于加工、便于間隙調(diào)整、潤滑防護(hù)性能良好。機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌截面形狀與間隙調(diào)整

直線運(yùn)動導(dǎo)軌的截面形狀主要有四種：矩形、三角形、燕尾形和圓柱形，并可互相組合，每種導(dǎo)軌副之中還有凸、凹之分。導(dǎo)軌的截面形狀a)矩形導(dǎo)軌b)三角形導(dǎo)軌c)燕尾形導(dǎo)軌d)圓柱形導(dǎo)軌機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌截面形狀與間隙調(diào)整

圓周運(yùn)動導(dǎo)軌a）平面環(huán)形導(dǎo)軌b）錐面環(huán)形導(dǎo)軌c)雙錐面導(dǎo)軌機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌截面形狀與間隙調(diào)整

◆矩形導(dǎo)軌導(dǎo)軌靠兩個彼次垂直的導(dǎo)軌面導(dǎo)向。特點：①剛度高，承載能力大；②易于制造，檢驗和維修方便；③導(dǎo)向性↓：有側(cè)向間隙，需要間隙調(diào)整裝置。用于載荷較大、導(dǎo)向性能要求略低的機(jī)床→粗加工機(jī)床導(dǎo)軌。機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌截面形狀與間隙調(diào)整

◆三角形導(dǎo)軌導(dǎo)軌靠兩個相交導(dǎo)軌面導(dǎo)向。特點：①導(dǎo)向精度高②導(dǎo)軌頂角一般在90～120度；③結(jié)構(gòu)：對稱式，不對稱式；導(dǎo)軌面水平力大于垂直力，兩側(cè)壓力分布不均時用不對稱式結(jié)構(gòu)。大頂角用于大型或重型機(jī)床；小頂角用于輕載精密機(jī)床。機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌截面形狀與間隙調(diào)整

◆燕尾形導(dǎo)軌靠兩個相交導(dǎo)軌面導(dǎo)向。特點：①可承受較大的顛覆力矩；②導(dǎo)軌高度較小，結(jié)構(gòu)緊湊；③間隙調(diào)整方便；④摩擦阻力大，剛度較低，工藝性差。受力較小、導(dǎo)向精度要求不高、速度較低、移動部件層次多、高度尺寸要求小的部件。機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌截面形狀與間隙調(diào)整

◆圓柱形導(dǎo)軌特點：①制造方便，工藝性好；②磨損后難以調(diào)整和進(jìn)行間隙補(bǔ)償。用于承受軸向載荷的場合，如搖臂鉆的立柱。機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌截面形狀與間隙調(diào)整

導(dǎo)軌組合形式——雙三角形導(dǎo)軌①接觸精度好，導(dǎo)向精度和精度保持性好：不用鑲條調(diào)整間隙，磨損后能自動補(bǔ)償；②工藝性差，加工、檢驗和維修不便。機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌截面形狀與間隙調(diào)整

導(dǎo)軌組合形式——雙矩形導(dǎo)軌①剛性好，承載能力大；②易于加工和維修；③導(dǎo)向性差，磨損后不能自動補(bǔ)償間隙：需用鑲條調(diào)整側(cè)導(dǎo)向面間隙。機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌截面形狀與間隙調(diào)整

導(dǎo)軌組合形式——三角形+矩形導(dǎo)軌導(dǎo)向性好，剛度高，制造方便，應(yīng)用最廣。如車床、磨床、龍門銑床的床身導(dǎo)軌。機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌截面形狀與間隙調(diào)整

導(dǎo)軌組合形式——燕尾形+矩形導(dǎo)軌能承受較大力矩，調(diào)整方便，多用在橫梁、立柱、搖臂導(dǎo)軌中。機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌截面形狀與間隙調(diào)整

導(dǎo)軌面間的間隙對機(jī)床工作性能有直接影響，如果間隙過大，將影響運(yùn)動精度和平穩(wěn)性；間隙過小，運(yùn)動阻力大，導(dǎo)軌的磨損加快。必須保證導(dǎo)軌具有合理間隙，磨損后又能方便地調(diào)整。導(dǎo)軌間隙常用壓板、鑲條來調(diào)整。機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌截面形狀與間隙調(diào)整

1．壓板：用來調(diào)整輔助導(dǎo)軌面的間隙和承受顛覆力矩。

—不能調(diào)整側(cè)向間隙壓板用螺釘固定在運(yùn)動部件上，用配刮（或磨）、墊片來調(diào)整間隙。

機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌截面形狀與間隙調(diào)整

1．壓板：圖（a）：用磨或刮壓板調(diào)整間隙；圖（b）：改變墊片1數(shù)目或厚度調(diào)整間隙；圖（c）：在壓板和導(dǎo)軌之間用平鑲條5和螺釘調(diào)整間隙。

機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌截面形狀與間隙調(diào)整

2．鑲條調(diào)整：用來調(diào)整矩形導(dǎo)軌和燕尾形導(dǎo)軌的側(cè)向間隙。（1）平鑲條：——產(chǎn)生橫向位移橫截面為矩形、平行四邊形或梯形，其厚度均勻相等，通過橫向位移調(diào)整間隙。

——鑲條易變形，應(yīng)用較少。

機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌截面形狀與間隙調(diào)整

2．鑲條調(diào)整：用來調(diào)整矩形導(dǎo)軌和燕尾形導(dǎo)軌的側(cè)向間隙。（1）平鑲條：

機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌截面形狀與間隙調(diào)整

2．鑲條調(diào)整：用來調(diào)整矩形導(dǎo)軌和燕尾形導(dǎo)軌的側(cè)向間隙。（2）斜鑲條：——產(chǎn)生縱向位移沿其長度有一定斜度，常用斜度在1:100～1:40之間。斜鑲條兩個面分別與動導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌均勻接觸，剛度高。通過調(diào)節(jié)螺釘或修磨墊的方式軸向移動鑲條，以調(diào)整導(dǎo)軌間隙。

機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌截面形狀與間隙調(diào)整

2．鑲條調(diào)整：用來調(diào)整矩形導(dǎo)軌和燕尾形導(dǎo)軌的側(cè)向間隙。（2）斜鑲條：

機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌截面形狀與間隙調(diào)整

2．鑲條調(diào)整：用來調(diào)整矩形導(dǎo)軌和燕尾形導(dǎo)軌的側(cè)向間隙。（2）斜鑲條：

機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌截面形狀與間隙調(diào)整

2．鑲條調(diào)整：用來調(diào)整矩形導(dǎo)軌和燕尾形導(dǎo)軌的側(cè)向間隙。（2）斜鑲條：

機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌截面形狀與間隙調(diào)整

3．導(dǎo)向調(diào)整板：調(diào)整方便；接觸良好；磨損小。機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌截面形狀與間隙調(diào)整

3．導(dǎo)向調(diào)整板：調(diào)整方便；接觸良好；磨損小。機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)類型與特點

滑動導(dǎo)軌靜壓導(dǎo)軌卸荷導(dǎo)軌滾動導(dǎo)軌滑動導(dǎo)軌從摩擦性質(zhì)來看，滑動導(dǎo)軌具有一定動壓效應(yīng)的混合摩擦狀態(tài)。速度較高的主運(yùn)動導(dǎo)軌，應(yīng)合理地設(shè)計油溝型式和尺寸，選擇合適粘度的潤滑油，以產(chǎn)生較好的動壓效果?；瑒訉?dǎo)軌的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、制造方便和抗振性良好，缺點是磨損快。為了提高耐磨性，國內(nèi)外廣泛采用塑料導(dǎo)軌和鑲鋼導(dǎo)軌?；瑒訉?dǎo)軌粘貼塑料軟帶導(dǎo)軌金屬塑料復(fù)合導(dǎo)軌板塑料涂層鑲鋼導(dǎo)軌滑動導(dǎo)軌——粘貼塑料軟帶導(dǎo)軌塑料軟帶：以聚四氟乙烯為基體，添加各種無機(jī)物和有機(jī)粉末等填料。特點：摩擦因系數(shù)小，耗能低；動、靜摩擦因數(shù)接近，低速運(yùn)動平穩(wěn)性好；阻尼特性好，能吸收振動，抗振性好；耐磨性好，有自身潤滑作用，沒有潤滑油也能正常工作，使用壽命長；結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)修理方便，磨損后容易更換，經(jīng)濟(jì)性好。但是，剛性較差，受力后產(chǎn)生變形，對精度要求高的機(jī)床有影響?；瑒訉?dǎo)軌——金屬塑料復(fù)合導(dǎo)軌板三層：內(nèi)層為鋼板，鋼板上燒結(jié)一層多孔青銅，形成多孔中間層，在青銅間隙中壓入聚四氟乙烯及其它填料。當(dāng)青銅與配合面摩擦發(fā)熱，熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)大于金屬的聚四氟乙烯及其它填料從多孔層的孔隙中擠出，向摩擦表面轉(zhuǎn)移補(bǔ)充，形成厚約0.01～0.05mm的表面自潤滑塑料層。與鑄鐵導(dǎo)軌組合，靜摩擦系數(shù)(0.04～0.06)，摩擦阻力顯著降低，具有良好摩擦阻尼特性、良好的低速平穩(wěn)性，成本低，剛度高。金屬塑料復(fù)合導(dǎo)軌板1-鋼板2一多孔青銅顆粒3一聚四氟乙烯層滑動導(dǎo)軌——塑料涂層應(yīng)用較多的有環(huán)氧涂層、含氟涂層、HNT耐磨涂層。以環(huán)氧樹脂為基體，加固體潤滑劑二硫化鋁和膠體石墨及其它鐵粉填充劑而成。涂層有較高的耐磨性、硬度、強(qiáng)度和熱導(dǎo)率，在無潤滑油情況下，能防止爬行，改善導(dǎo)軌的運(yùn)動特性特別是低速平穩(wěn)性?；瑒訉?dǎo)軌——鑲鋼導(dǎo)軌將淬硬的碳素鋼或合金鋼導(dǎo)軌，分段地鑲裝在鑄鐵或鋼制的床身上，以提高導(dǎo)軌的耐磨性。在鑄鐵床身上鑲裝鋼導(dǎo)軌常用螺釘或楔塊擠緊固定，在鋼制床身上鑲裝導(dǎo)軌一般用焊接方法連接。鑲鋼導(dǎo)軌a）用螺釘固定b)用楔塊擠緊靜壓導(dǎo)軌◆按動力源：

（1）液體靜壓導(dǎo)軌

在動導(dǎo)軌面上均勻分布有油腔和封油面，把具有一定壓力的液體經(jīng)節(jié)流器送到油腔內(nèi)，使導(dǎo)軌面間流體產(chǎn)生壓力，將動導(dǎo)軌微微抬起，與支承導(dǎo)軌脫離接觸，浮在壓力油膜上。（2）氣體靜壓導(dǎo)軌把具有一定壓力的氣體介質(zhì)經(jīng)節(jié)流器送到空腔內(nèi)，使導(dǎo)軌面產(chǎn)生壓力，將動導(dǎo)軌微微抬起，與支承導(dǎo)軌脫離接觸，浮在氣膜上。靜壓導(dǎo)軌◆按結(jié)構(gòu)形式：

（1）開式靜壓導(dǎo)軌

F+W工作臺

油封間隙

液阻

流量

節(jié)流器壓降

油腔壓力

平衡外載開式靜壓導(dǎo)軌1一液壓泵2-溢流閥3-濾油器4一節(jié)流器5一工作臺靜壓導(dǎo)軌◆按結(jié)構(gòu)形式：（2）閉式靜壓導(dǎo)軌

卸荷導(dǎo)軌卸荷導(dǎo)軌用來降低導(dǎo)軌面的壓力，減少摩擦阻力，從而提高導(dǎo)軌的耐磨性和低速運(yùn)動的平穩(wěn)性。應(yīng)用：大型、重型機(jī)床等工作臺和工件的質(zhì)量很大，導(dǎo)軌面上的摩擦阻力很大的條件。導(dǎo)軌卸荷方式有機(jī)械卸荷、液壓卸荷和氣壓卸荷。

卸荷導(dǎo)軌——機(jī)械卸荷導(dǎo)軌上的一部分載荷由支承在輔助導(dǎo)軌面a上的滾動軸承3承受。卸荷力的大小通過螺釘1和碟形彈簧2調(diào)節(jié)。卸荷點的數(shù)目由動導(dǎo)軌上的載荷和卸荷系數(shù)決定。機(jī)械卸荷導(dǎo)軌1—螺釘2一碟形彈簧3一滾動軸承滾動導(dǎo)軌在靜、動導(dǎo)軌面之間放置滾動體如滾珠、滾柱、滾針或滾動導(dǎo)軌塊，組成滾動導(dǎo)軌。優(yōu)點：摩擦因數(shù)小，動、靜摩擦因數(shù)很接近。因此，摩擦力小，啟動輕便，運(yùn)動靈敏，不易爬行；磨損小，精度保持性好，壽命長。具有較高的重復(fù)定位精度，運(yùn)動平穩(wěn)。可采用油脂潤滑，潤滑系統(tǒng)簡單。常用于對運(yùn)動靈敏度要求高的地方，如數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人或者精密定位微量進(jìn)給機(jī)床中。缺點：抗振性差，但可以通過預(yù)緊方式提高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。滾動導(dǎo)軌按滾動體類型分類：滾珠、滾柱、滾針三種。滾珠式為點接觸，承載能力差，剛度低，滾珠導(dǎo)軌多用于小載荷。滾柱式為線接觸，承載能力比滾珠式高，剛度好，滾柱導(dǎo)軌用于較大載荷。滾針式為線接觸，常用于徑向尺寸小的導(dǎo)軌中。滾動導(dǎo)軌按循環(huán)方式分類：非循環(huán)式——滾動體在運(yùn)行過程中不循環(huán)。行程有限。運(yùn)行中滾動體始終同導(dǎo)軌面保持接觸。

循環(huán)式——滾動體在運(yùn)行過程中沿本身的工作軌道和返回。軌道連續(xù)循環(huán)運(yùn)動。運(yùn)動部件行程不受限制；結(jié)構(gòu)裝配和使用方便；防護(hù)可靠。直線滾動導(dǎo)軌副1一導(dǎo)軌2一端面擋板3一密封墊4一滾珠5一滑快滾動導(dǎo)軌塊圖2.51滾動導(dǎo)軌塊1－固定螺釘2－導(dǎo)軌塊3－動導(dǎo)軌體4－滾動體5－支承導(dǎo)軌

6、7－帶反回檔槽板預(yù)緊重預(yù)載F0，預(yù)載力為0.1Cd(Cd為額定動載荷）；中預(yù)載F1=0.05C