第4章金屬切削機床典型零部件4.1主軸組件4.2機床導軌4.3傳動裝置4.4支承件4.5其他裝置4.1主軸組件4.1.1對主軸組件的基本要求4.1.2.主軸組件的傳動4.1.3主軸軸承的選擇4.1.4主軸的結構4.1.5主軸組件的典型結構4.1.1對主軸組件的基本要求1.轉速2.回轉精度3.靜剛度4.動剛度5.熱穩定6.使用壽命7．其他1.轉速主軸的轉速范圍是根據機床所要求的切削速度及工件或刀具的尺寸確定的，可根據各類機床不同的實際工作狀況來確定其主軸的計算轉速。為滿足主軸轉速范圍的要求，除主傳動系統必須保證之外，對主軸組件而言，主要應考慮選擇適當的軸承及潤滑方式，以滿足速度、尤其是高速時的適應性。2.回轉精度當主軸作回轉運動時，線速度為零的點的連線稱為主軸的回轉中心。回轉中心線的空間位置在理想狀態下應當固定不變。而實際上，由于各種原因的影響，回轉中心線的空間位置每一瞬間都在變化，這些瞬時回轉中心線的平均位置稱為理想回轉中心線。瞬時回轉中心線相對于理想回轉中心線在空間的位置距離，就是主軸的回轉誤差，而回轉誤差的范圍，就是主軸的回轉精度。3.靜剛度靜剛度是指彈性體承受的靜態外力或轉矩(交變頻率低于0.167Hz)的增量與其作用下彈性體受力處所產生的位移或轉角的增量之比，即產生單位變形量所需靜載荷的大小。影響主軸組件靜剛度的因素主要是：主軸的結構形狀；主軸前后軸承之間的距離；主軸前端的懸伸量；傳動件的布置形式；軸承的剛度；主軸組件的制造和裝配質量等等。要提高主軸組件的靜剛度，必須在設計時對上述因素進行選擇和計算。4.動剛度主軸組件不但要具有一定的靜剛度，而且要具有足夠的抑制各種干擾力引起振動的能力——抗振力。抗振力用動剛度Kd來衡量。5.熱穩定（1）溫升和熱變形軸系的典型區域溫度與環境溫度之差為溫升。軸系組件運行時，各相對運動部件產生的摩擦熱、攪油所產生的熱量和工作區產生的熱量以及周圍環境的輻射熱等都要使主軸的溫度升高，溫升使主軸組件的形狀和位置發生畸變，即熱變形。（2）熱位移熱變形使主軸工作端截面形心相對固定坐標產生的位移稱為熱線位移。6.使用壽命主軸組件的壽命主要指在使用期限內（一般為大修期），主軸組件的工作不應失去其設計時所規定的精度性能。精度保持性越好，壽命越長。影響精度的主要原因是磨損。提高主軸組件的耐磨性的具體措施有：正確選擇主軸的材料及其熱處理方法，提高其定位面、軸頸等處的硬度；主軸的前后支承應盡可能同心；注意主軸軸承的潤滑，潤滑油應嚴格過濾；同時，注意主軸組件的制造精度和裝配調整量。7．其他主軸組件除應保證上述基本要求外，還應滿足下列要求：(1)主軸組件的定位要可靠，主軸在受力作用下，應有可靠的徑向和軸向定位，使主軸在工作時所受到力通過軸承可靠地傳至箱體等基礎零件上去。(2)主軸前端結構應保證工件或刀具裝夾可靠，并有足夠的定位精度。(3)結構工藝性好，在保證好用的基礎上，盡可能地做到好造、好裝、好拆及好修、并盡可能降低主軸組件的成本。4.1.2.主軸組件的傳動1.傳動方式2.主軸部件的支承數目3主軸傳動件位置的合理布置1.傳動方式(1)齒輪傳動(2)帶傳動(3)電機直接傳動2.主軸部件的支承數目多數機床的主軸采用前、后兩個支承。這種方式結構簡單，制造裝配方便，容易保證精度。為提高主軸部件的剛度，前后支承應消除間隙或預緊。為提高剛度和抗振性，有的機床主軸采用三個支承。三支承方式對三支承孔的同心度要求較高，制造裝配較復雜。主支承也應消除間隙或預緊，“輔”支承則應保留一定的徑向游隙或選用較大游隙的軸承。由于三個軸頸和箱體上三個孔不可能絕對同軸，因此不能三個軸承都預緊，以免發生干涉，惡化主軸的工作性能，使空載功率大幅度上升和軸承溫升過高。3主軸傳動件位置的合理布置機床主軸一般都由皮帶或齒輪傳動。（1）傳動件的位置皮帶傳動裝置大多裝在主軸的尾部，以防止皮帶沾油和便于皮帶更換。（2）傳動力的位置和方向合理布置傳動件的軸向和徑向位置，可以改善主軸的受力狀況，減少主軸的變形；改善傳動件和軸承的工作條件，減少軸承的受力；提高主軸組件的抗振性能。傳動件布置4.1.3主軸軸承的選擇1.滾動軸承2.液體動壓軸承3.液體靜壓軸承4.其他類型軸承簡介1.滾動軸承滾動軸承在旋轉精度、剛度、承載能力等主要性能上能滿足大部分主軸組件的工作要求，尤其是在轉速和載荷變動幅度很大的條件下，運轉穩定可靠。滾動軸承的缺點是：由于軸承內的滾動體數目有限，剛度是變化的，高速時容易引起振動和噪聲，而且滾動軸承的徑向尺寸比較大。主軸常用滾動軸承的類型(1)角接觸球軸承(2)雙列短圓柱滾子軸承(3)圓錐滾子軸承(4)推力軸承(5)雙向推力角接觸球軸承(6)滾針軸承(7)陶瓷滾動軸承典型的主軸滾動軸承2.液體動壓軸承(1)液體動壓軸承的工作原理多油楔軸承工作原理：主軸旋轉時周圍可產生幾個油楔，把主軸推向軸承中央。當主軸的轉速發生變化時，各油楔的油膜壓力變化值大致相同，不易引起主軸軸心位置的變化。當主軸受到外載荷時，軸承頸稍有偏心，這時軸承的油楔變薄而壓力升高，與此同時，其對面的油楔變厚而壓力降低，形成壓力差，壓力高的油楔將主軸推向壓力低的油楔一邊，使得軸承內有了新的平衡。

(2)液體動壓軸承的種類①固定式多油楔軸承·用于磨床砂輪的固定式多油楔軸承·用于車床主軸的固定式多油楔軸承②活動式多油楔用于車床主軸的固定式多油楔活動式多油楔軸承的結構型式

a五塊瓦b三塊瓦3.液體靜壓軸承(1)液體靜壓軸承的特點①與動壓軸承不同，靜壓軸承的承載能力取決于軸的結構尺寸和液壓系統的供油壓力，而與軸的轉速等幾乎無關，即使軸在低速或靜止狀態下，靜壓軸承也具有很大的承載力。②軸承的油膜剛度高，通常比軸本身的剛度高好幾倍。③由于軸被一層壓力油膜所包圍，故其抗振性（即動剛度）比滾動軸承好的多。④壓力油膜彌補軸承本身的加工誤差，油膜附著在軸上，軸與軸承的表面凹陷下去的地方均被油膜所填平。因此，有效地減少了由于軸與軸承因幾何誤差和表面粗糙度引起的徑向和軸向跳動，提高了主軸的回轉精度。⑤靜壓軸承的靜摩擦系數極小（小于0.001）。(2)液體靜壓軸承的工作原理(3)液體靜壓軸承的分類液體靜壓軸承按供油方式的不同，可分為恒流量供油和恒壓供油兩類。按軸承承受載荷的方向不同，可分為徑向軸承、推力軸承和徑向推力軸承三種。按油腔形式的不同，可分為對稱等面積油腔和不等面積油腔兩種。按油腔形狀的不同，可區分為矩形油腔、環形油腔、和油槽形油腔。按潤滑油的回油方式，可分為有周向回油槽和無周向回油槽兩種。(4)靜壓軸承的應用靜壓軸承按照其結構和用途分為：徑向軸承、推力軸承和徑向推力軸承。4.其他類型軸承簡介(1)滑動軸承(2)空氣靜壓軸承(3)自調磁浮軸承4.1.4主軸的結構1.主軸的結構2.主軸的材料和熱處理3.提高主軸工作性能的措施1.主軸的結構車床主軸主要參數示意圖2.主軸的材料和熱處理主軸材料的選擇，主要應根據耐磨性和熱處理后變形大小來選擇。(1)為了使主軸得到較高的硬度，增加耐磨性，可選用20Cr滲碳后淬硬。(2)為了提高主軸的強度和韌性，可選用45或40Cr，進行調質處理。(3)精密機床、數控機床的主軸，要求精度保持性好，應選用熱處理后殘余應力小的材料。如：40Cr、65Mn等，整體調質后再作局部淬硬處理。(4)高速機床的主軸，要求很高的耐磨性和精度保持性，可選用熱處理后能得到極高的硬度和變形最小的材料，如滲碳鋼20CrMnTi進行滲碳后淬硬。3.提高主軸工作性能的措施(1)提高主軸的靜剛度(2)提高主軸的運動精度(3)提高主軸的運動剛度4.1.5主軸組件的典型結構1.兩支承主軸組件的典型結構2.三支承主軸組件的典型結構使用空心圓錐滾子軸承的主軸組件（2）轉速較高而載荷較小的主軸組件(3)滾動軸承與動壓軸承組合的主軸組件MGB1412型高精度半自動外圓磨床砂輪架(4)滾動軸承與靜壓軸承組合的主軸組件滾動軸承與靜壓軸承組合的主軸結構1.前支承靜壓軸承2.推力滾柱軸承3.前支承靜壓軸承4.推力滾柱軸承1.兩支承主軸組件的典型結構C7620型多刀半自動車床的主軸組件2.三支承主軸組件的典型結構CK6150型數控車床的主軸組件CA6140型車床的主軸組件4.2機床導軌4.2.1導軌的功用及其應滿足的要求4.2.2導軌的結構4.2.3導軌的類型4.2.1導軌的功用及其因應滿足的要求1.導軌的功用及分類2導軌應滿足的要求1.導軌的功用及分類機床導軌的功用是導向與支承，就是使機床的運動部件能夠沿著一定的軌跡運動，同時，承受運動部件及工件的重量和切削力。從機械結構的角度來說，機床的加工精度和使用壽命在很大程度上取決于導軌的質量。機床導軌按其運動性質可分為主運動導軌、進給運動導軌和移置導軌三種。2導軌應滿足的要求(1)精度①幾何精度②接觸精度(2)精度保持性(3)運動的平穩性(4)結構簡單，工藝性好4.2.2導軌的結構1導軌的截面形狀2.直線運動導軌的結構3.回轉運動導軌的結構4.導軌的間隙調整裝置1導軌的截面形狀2.直線運動導軌的結構直線運動導軌的常用組合形式3.回轉運動導軌的結構回轉運動導軌的截面4.導軌的間隙調整裝置平鑲條斜鑲條(2)壓板4.2.3導軌的類型1.滑動導軌2.滾動導軌3.液體靜壓導軌1.滑動導軌（1）滑動導軌的特點滑動導軌是使用最多的一種導軌，其特點是導軌面直接接觸.這種導軌結構簡單，制造方便，接觸剛度高，抗振性好，但摩擦阻力大，磨損快，動、靜摩擦系數差別較大，低速易產生爬行現象。(2)滑動導軌的材料①滑動導軌對材料的要求良好的耐磨性內應力小②導軌副材料的匹配③常用導軌材料2.滾動導軌（1）滾動導軌的優點滾動導軌的最大優點是：摩擦系數小，動、靜摩擦系數很接近，因此，運動輕便靈活，運動所需功率小，摩擦發熱少，磨損小，精度保持性好，低速運動平穩性好，移動精度和定位精度都較高。滾動導軌還具有潤滑簡單（有時可用脂潤滑）的特點。但是，滾動導軌結構比較復雜，制造比較困難，成本也比較高，而抗振性比較差。另外，滾動導軌對異物比較敏感，因此，必須有良好的防護裝置。（2）滾動導軌的材料與類型滾動導軌的導軌材料最常用的是淬硬鋼導軌。滾動導軌的類型有以下兩種：①滾動導軌塊②直線滾動導軌滾動導軌塊滾動導軌塊的應用直線滾動導軌副3.液體靜壓導軌(1)液體靜壓導軌的特點和種類液體靜壓導軌具有下列特點：①摩擦系數小，（約為0.0005）由于摩擦消耗的功率小，所以機械效率高，而且低速時不會產生爬行。②使用壽命長，導軌面相互不接觸，不會磨損，能長期保持導軌精度。③油膜具有平均誤差的作用，能減少制造誤差的影響，因而運動精度高，定位精度和重復精度也高。④油膜具有較好的吸震能力，所以抗震性好。⑤雖然需要一套可靠的專用供油裝置，初期投資費較多，但因使用壽命長，總成本并不高。液體靜壓導軌按供油方式和導軌結構兩個方面分類，可分為恒流量供油和恒壓供油兩類。(2)液體靜壓導軌的工作原理開式靜壓導軌工作原理示意圖閉式靜壓導軌工作原理示意圖(3)靜壓導軌的應用①開式靜壓導軌特點1）承受正方向垂直載荷的性能較好，承受偏載引起的顛覆力矩的性能較差；2）結構簡單，加工和調整比較方便；開式靜壓導軌一般用于偏載較小，載荷較均勻的機床和機械設備。②閉式靜壓導軌特點承受正、反方向垂直載荷及偏載引起的顛覆力矩的性能好;2）運動精度高，動態性能好;3）結構較復雜，加工和調整比較麻煩；閉式靜壓導軌一般用于偏載較大，載荷不均勻的機床和機械設備；也用于精密機床，或精度要求比較高的機床部件。4.3傳動裝置4.3.1滾珠絲杠副4.3.2預加負載的雙齒輪—齒條傳動4.3.3靜壓蝸桿—蝸母條傳動4.3.4雙螺距蝸輪蝸桿副傳動4.3.1滾珠絲杠副滾珠絲杠螺母副的結構外循環插管式回珠器

內循環腰形反向回珠器1.插管式回珠器;2.滾珠;3.外循環螺母;4.絲杠1.滾珠;2.絲杠;3.內循環螺母;4.腰形槽反向回珠器滾珠絲杠預緊方式4.3.2預加負載的雙齒輪—齒條傳動雙齒輪——齒條無間隙傳動機構1.雙齒輪2.齒條3.調整軸4.進給電機軸5.右旋齒輪6.加載機構7.左旋齒輪數控重型臥車的縱向進給系統示意圖液壓預加負載式雙齒輪—齒條結構4.3.3靜壓蝸桿—蝸母條傳動1.工作原理2.靜壓蝸桿蝸母條的材料和特點3.靜壓蝸桿蝸母條的應用1.工作原理靜壓蝸桿蝸母條傳動副的工作原理簡圖毛細管節流的恒壓靜壓蝸桿蝸母條1.油箱2.粗濾油器3.油泵4.電機6.精濾油器7.壓力表8壓力繼電器9.毛細管節流器2.靜壓蝸桿蝸母條的材料和特點靜壓蝸桿蝸母條采用的材料有：a.鋼蝸桿配鑄鐵蝸母條；b.鋼蝸桿配鑄鐵基體涂有SKC3耐磨涂層的蝸母條；c.銅蝸桿配鋼蝸母條或鑄鐵條。靜壓蝸桿蝸母條傳動由于既有純液體摩擦的特點，又有蝸桿蝸母條機械結構上的特點，因此特別適宜在重型機床的進給傳動系統上應用，其優點是：①摩擦阻力小，起動摩擦系數可小至0.0005，功率消耗少，傳動效率高，可達0.94～0.98，在低速度下運動也很平穩。②使用壽命長，齒面不直接接觸，不易磨損，能長期保持精度。③抗振性能好，油腔內的壓力油層有良好的吸振能力。④有足夠的軸向剛度。⑤蝸母條能無限接長，因此，運動部件的行程可以很長，不象滾珠絲杠那樣受限制。3.靜壓蝸桿蝸母條的應用蝸桿箱固定，蝸母條移動的方案1.蝸母條2.聯軸器3.進給箱4.伺服電機5.蝸桿蝸母條固定，蝸桿箱移動的方案

1.蝸桿2.蝸母條3.進給箱4.伺服電機5.蝸桿箱6.變速齒輪4.3.4雙螺距蝸輪蝸桿副傳動雙螺距蝸輪蝸桿副傳動屬于普通蝸輪蝸桿副的一種特殊形式。雙螺距蝸桿又稱雙導程蝸桿，其與普通蝸桿的區別在于：蝸桿左、右兩側齒面的螺距不相等。由于雙螺距蝸桿左、右齒面的螺距不同，因此，各處的齒厚也不相等，且齒厚沿軸向逐漸增厚或減薄，故雙螺距蝸桿又有變齒厚蝸桿之稱。雙螺距蝸輪蝸桿副示意圖4.4支承件4.4.1支承件的特點與基本要求4.4.2支承件的受力分析和變形分析4.4.3支承件的結構剛度與提高其剛度的常用措施4.4.4減少機床熱變形的影響4.4.5支承件的結構設計4.4.1支承件的特點與基本要求①支承件應具有足夠的剛度和較高的剛度——重量比。②支承件應具有較好的動態特性。③支承件的熱變形應盡量小。④支承件的內應力應盡可能小。⑤支承件應具有良好的制造和裝配工藝性。4.4.2支承件的受力分析和變形分析1.支承件的受力分析2.支承件的變形分析1.支承件的受力分析(1)支承件的類型①梁類件②板類件③箱形件(2)支承件的受力①切削力②重力③摩擦力④慣性力⑤沖擊或振動干擾力床身受力簡圖2.支承件的變形分析支承件的變形一般有三個部分：自身變形，局部變形和接觸變形。4.4.3支承件的結構剛度與提高其剛度的常用措施1.支承件的剛度2.提高支承件結構剛度的常用措施1.支承件的剛度(1)自身剛度(2)局部剛度(3)接觸剛度(4)動剛度2.提高支承件結構剛度的常用措施(1)分析機床在各種不同工作條件下的薄弱環節，改善支承件的結構或布局，合理設計其截面形狀，以減少所承受的彎曲載荷和扭矩。(2)利用計算機進行有限元法計算，有針對性的布置筋板與隔板，注意加強聯結處的剛度以加強支承件的剛度，以便獲得較好的重量——剛度比，即：在較小重量下具有較高的靜剛度。(3)支承件采用鋼板焊接結構。(4)為提高機床支承件的動剛度，加強其抗振性，可適當改變支承件的固有頻率和振幅。(5)在加強支承件本身剛度的同時，還可設計一些特殊的結構幫助加強其剛度。采用斜床身