第七節(jié)支承件設(shè)計(jì)支承件——床身、立柱、橫梁、搖臂、底座、箱體和升降臺(tái)等尺寸及重量較大的零件（大件）一、支承件的功能和應(yīng)滿(mǎn)足的基本要求（一）支承件的功能支承機(jī)床各部件，承受切削力、重力、慣性力、摩擦力等靜態(tài)力和動(dòng)態(tài)力保證各部件之間的相對(duì)位置精度和運(yùn)動(dòng)部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡的準(zhǔn)確關(guān)系。內(nèi)部空間可存放切削液、潤(rùn)滑液、液壓油的油箱、電動(dòng)機(jī)3）應(yīng)具有較好的熱變形特性，使整機(jī)的熱變形較小或熱變形對(duì)加工精度的影響較小由于摩擦熱、切削熱等產(chǎn)生熱變形和熱應(yīng)力在鑄造、焊接和粗加工過(guò)程中，會(huì)形成內(nèi)應(yīng)力，使支承件變形。熱變形和內(nèi)應(yīng)力都將破壞部件間的相互位置關(guān)系和相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡，影響加工精度。4）應(yīng)該排屑暢通、吊運(yùn)安全，并具有良好的工藝性以便于制造和裝配。二、支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮機(jī)床的類(lèi)型、布局及常用支承件的形狀滿(mǎn)足機(jī)床工作性能的前提下，綜合考慮其工藝性受力和變形分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，初步?jīng)Q定形狀和尺寸有限元計(jì)算，求出靜態(tài)剛度和動(dòng)態(tài)特性，再修改和完善（一）機(jī)床的類(lèi)型、布局和支承件的形狀1.機(jī)床的類(lèi)型（1）以切削為主的中小型機(jī)床（2）以移動(dòng)件的重力和熱應(yīng)力為主的精密和高精密機(jī)床（3）重力和切削力必須同時(shí)考慮的大型和重型機(jī)床（二）支承件的截面形狀和選擇最小重量條件下，最大靜剛度支承件主要是承受力矩、扭矩以及彎扭復(fù)合載荷自身剛度主要考慮——彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度在彎、扭載荷作用下，支承件的變形與截面的抗彎慣性矩和抗扭慣性矩有關(guān)。材料和截面積相同而形狀不同時(shí)，截面慣性矩相差很大。（二）支承件的截面形狀和選擇1）空心截面的剛度都比實(shí)心的大2）圓（環(huán)）形截面的抗扭剛度比方形好，而抗彎剛度比方形低3）封閉截面的剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于開(kāi)口截面的剛度，特別是抗扭剛度在兩壁之間起連接作用的內(nèi)壁——肋板肋板功用——把作用于支承件局部地區(qū)的載荷傳遞給其它壁板，從而使整個(gè)支承件各壁板能比較均勻的承受載荷當(dāng)支承件不能采用全封閉截面時(shí)，常常布置肋板來(lái)提高支承件的自身剛度肋板布置的三種基本形式

縱向肋板——主要提高抗彎剛度

橫向肋板——主要提高抗扭剛度

斜向肋板——兼有提高抗彎剛度和抗扭剛度的效果肋條——配置與某一內(nèi)壁上，主要為減小局部變形和薄壁振動(dòng)，用來(lái)提高支承件的局部剛度（四）合理選擇支承件的壁厚減輕機(jī)床重量，壁厚根據(jù)工藝上的可能選擇得薄些。C=（2L+B+H）/3三、支承件的材料支承件的重量在機(jī)床總重量中占有很大比重，因此必須合理選擇材料。支承件的材料，主要為——鑄鐵和鋼鑄鐵支承件，如果導(dǎo)軌與支承件鑄為一體，則鑄鐵的牌號(hào)應(yīng)根據(jù)導(dǎo)軌的要求選擇如果導(dǎo)軌是鑲裝上去的，或者支承件上沒(méi)有導(dǎo)軌，則一般可采用HT150如果支承件由型鋼和鋼板焊接，則常用Q235AF或Q275鋼（二）鋼板焊接結(jié)構(gòu)如果支承件由型鋼和鋼板焊接，則常用Q235AF或Q275鋼（三）支承件的其它材料預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土支承件(主要為床身、立柱、底座等）近年來(lái)有較大的發(fā)展?；炷恋谋戎厥卿摰?／3，彈性膜量是鋼的1／10～1／15，阻尼高于鑄鐵，適合于制造受載均勻，截面積大、抗振性要求較高的支承件。采用鋼筋混凝土可節(jié)約大量鋼材，降低成本。但鋼筋混凝土支承件的變形、侵蝕、導(dǎo)軌與支承件連接剛度不足等問(wèn)題，有待進(jìn)一步研究解決。

四、提高支承件結(jié)構(gòu)性能的措施（一）提高支承件的靜剛度和固有頻率根據(jù)支承件受力情況合理地選擇支承件的材料、截面形狀和尺寸、壁厚，合力地布置肋板和肋條，提高結(jié)構(gòu)整體和局部的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。（二）提高動(dòng)態(tài)特性1.改善阻尼特性2.采用新材料制造支承件

第八節(jié)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)一、導(dǎo)軌的功用和應(yīng)滿(mǎn)足的基本要求（一）導(dǎo)軌的功用和分類(lèi)功用:承載和導(dǎo)向在外力作用下，能準(zhǔn)確地沿著一定的方向運(yùn)動(dòng)動(dòng)導(dǎo)軌——運(yùn)動(dòng)的一方支承導(dǎo)軌——不動(dòng)的一方只有一個(gè)自由度直線(xiàn)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)3)按結(jié)構(gòu)形式分開(kāi)式導(dǎo)軌——依靠外載荷和部件自重，使兩導(dǎo)軌面在全長(zhǎng)上保持貼合的導(dǎo)軌閉式導(dǎo)軌——用壓板作為輔助導(dǎo)軌面保證主導(dǎo)軌面貼合的導(dǎo)軌（二）導(dǎo)軌應(yīng)滿(mǎn)足的基本要求

機(jī)床導(dǎo)軌的質(zhì)量在一定程度上決定了——

機(jī)床的加工精度工作能力使用壽命（1）導(dǎo)向精度導(dǎo)向精度：直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的直線(xiàn)性圓周運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的真圓性

導(dǎo)軌同其它運(yùn)動(dòng)件之間相互位置的準(zhǔn)確性影響因素:導(dǎo)軌的幾何精度和接觸精度結(jié)構(gòu)形式導(dǎo)軌及其支承件的自身剛度油膜剛度熱變形等（2）承載能力大，剛度好足夠的剛度（3）精度保持性耐磨性剛度不足，影響部件之間的相對(duì)位置精度和導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度，使導(dǎo)軌面上的比壓分布不均，加劇導(dǎo)軌的磨損耐磨性——導(dǎo)向精度能否長(zhǎng)期保持導(dǎo)軌耐磨性與導(dǎo)軌材料、導(dǎo)軌面的摩擦性質(zhì)、導(dǎo)軌受力情況及兩導(dǎo)軌相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度等有關(guān)。導(dǎo)向精度（4）低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)保證在作低速運(yùn)動(dòng)或微量位移時(shí)運(yùn)動(dòng)始終平穩(wěn)。影響：使加工表面粗糙度增大；定位運(yùn)動(dòng)時(shí)的不平穩(wěn)，將降低定位精度影響因素：導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑動(dòng)、靜摩擦系數(shù)的差值傳動(dòng)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度等（5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好在可能的情況下，應(yīng)盡量使導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造和維護(hù)對(duì)于刮研導(dǎo)軌，應(yīng)盡量減少刮研量對(duì)于鑲裝導(dǎo)軌，應(yīng)做到更換容易二、導(dǎo)軌的截面形狀選擇和導(dǎo)軌間隙的調(diào)整（一）直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的截面形狀截面形狀：矩形、三角形、燕尾形和圓柱形導(dǎo)軌兩大類(lèi)——凸形和凹形凸形導(dǎo)軌不易積存切屑，但難以保存潤(rùn)滑油，只適合于低速運(yùn)動(dòng)凹形導(dǎo)軌潤(rùn)滑性能良好，適合于高速運(yùn)動(dòng)，為防止落入切屑等，必須配備良好的防護(hù)裝置（一）直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的截面形狀1.矩形導(dǎo)軌矩形導(dǎo)軌制造簡(jiǎn)單、剛度高、承載能力大，具有水平和垂直兩個(gè)方向的導(dǎo)軌面，而且兩個(gè)導(dǎo)軌面的誤差不會(huì)相互影響，便于安裝調(diào)整側(cè)面磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償，需要有間隙調(diào)整裝置，因此導(dǎo)向性較差適用于載荷較大而導(dǎo)向性要求不高的機(jī)床（一）直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的截面形狀2.三角形導(dǎo)軌支承導(dǎo)軌為凸形時(shí)——山形導(dǎo)軌支承導(dǎo)軌為凹形時(shí)——V形尋軌三角形導(dǎo)軌依靠三角形的兩個(gè)側(cè)面導(dǎo)向，磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償，不影響導(dǎo)向精度導(dǎo)向精度隨頂角α的增加而降低承載面積隨α的增加而增加通常取α=90°大型或重型機(jī)床，可取α=110°～120°精密機(jī)床，常取α＜90°（一）直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的截面形狀2.三角形導(dǎo)軌支承導(dǎo)軌為山形時(shí)，不易積存較大的切屑，也不易存留潤(rùn)滑油適用于不易防護(hù)、速度較低的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌支承導(dǎo)軌為V形時(shí)，由于能得到較充足的潤(rùn)滑，除用于精密和大型機(jī)床的進(jìn)給導(dǎo)軌外，還可用于主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，如龍門(mén)刨床床身導(dǎo)軌必須很好地防護(hù)，以防落入切屑和灰塵（一）直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的截面形狀3.燕尾形導(dǎo)軌燕尾形導(dǎo)軌——結(jié)構(gòu)緊湊、高度尺寸較小，可承受顛覆力矩磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償間隙，需用鑲條調(diào)整，剛性較差，摩擦力較大，制造和檢修都比較復(fù)雜一般用作中、低速的多層導(dǎo)軌（一）直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的截面形狀4.圓柱形導(dǎo)軌圓柱形導(dǎo)軌制造簡(jiǎn)單要求加工時(shí)就直接達(dá)到較高精度磨損后很難調(diào)整和補(bǔ)償間隙圓柱形導(dǎo)軌具有兩個(gè)自由度，通常多用在承受軸向載荷的場(chǎng)合（二）回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的截面形狀平面環(huán)形導(dǎo)軌錐面環(huán)形導(dǎo)軌1.平面環(huán)形導(dǎo)軌平面環(huán)形導(dǎo)軌：制造容易，熱變形后導(dǎo)軌仍能接觸，只能承受軸向力，不能承受徑向力，需與帶徑向滾動(dòng)軸承的主軸相配合，來(lái)承受徑向力摩擦損失小，精度高，目前用得較多。適用于大直徑的工作臺(tái)和轉(zhuǎn)盤(pán)，如滾齒機(jī)、立式車(chē)床導(dǎo)軌等。2.錐面環(huán)形導(dǎo)軌能承受軸向力和較大的徑向力，熱變形也不影響導(dǎo)軌接觸，導(dǎo)向性比平面好，但要保持錐面和主軸的同軸度較困難母線(xiàn)傾斜角一般為30°常用于徑向力較大的機(jī)床3.雙錐面導(dǎo)軌（V型圓環(huán)導(dǎo)軌）V型圓環(huán)導(dǎo)軌能承受較大的軸向力、徑向力和顛覆力矩能保持很好的潤(rùn)滑制造較復(fù)雜床身和工作臺(tái)熱變形不同時(shí)，兩導(dǎo)軌面將不同時(shí)接觸用于載荷大、速度高的立式車(chē)床（三）導(dǎo)軌的組合形式從限制自由度的角度出發(fā)，采用一條導(dǎo)軌即可。用一條導(dǎo)軌，移動(dòng)部件無(wú)法承受顛覆力矩直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌一般由兩條導(dǎo)軌組合重型機(jī)床，常用三條或三條以上導(dǎo)軌的組合1.雙三角形導(dǎo)軌導(dǎo)向精度高，磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償，具有較好的精度保持性，很難達(dá)到四個(gè)表面同時(shí)接觸的要求，制造困難適用于精度要求較高的機(jī)床，如SG8630型刀架導(dǎo)軌和Y3150E立柱導(dǎo)軌等2.雙矩形導(dǎo)軌具有較大的承載能力、制造調(diào)整比較簡(jiǎn)單導(dǎo)向性差，磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償，對(duì)加工精度有較大影響多用于普通精度機(jī)床和重型機(jī)床，如X6132工作臺(tái)導(dǎo)軌。窄導(dǎo)向——用一條導(dǎo)軌面的兩側(cè)面導(dǎo)向?qū)蚓雀邔拰?dǎo)向——用兩條導(dǎo)軌面的兩外側(cè)面導(dǎo)向3.矩形和三角形導(dǎo)軌的組合導(dǎo)向性好、剛度高、制造方便應(yīng)用最廣泛如CA6140型普通車(chē)床溜板、B2020工作臺(tái)導(dǎo)軌、M1432A砂輪架導(dǎo)軌等。4.雙燕尾形導(dǎo)軌兩個(gè)燕尾平面同時(shí)起導(dǎo)向及壓板作用一根鑲條：調(diào)整各接觸面的間隙不能承受過(guò)大的顛覆力矩，摩擦損失較大用于要求層次多、尺寸小、調(diào)整間隙方便和移動(dòng)速度不大的場(chǎng)合如CA6140刀架、B6050滑枕導(dǎo)軌等5.矩形和燕尾形導(dǎo)軌組合

能承受較大力矩，間隙調(diào)整也比較方便。多用于橫梁、立柱、搖臂等的導(dǎo)軌，如B2020型龍門(mén)刨床橫梁導(dǎo)軌等。6.雙圓柱形組合：容易制造，耐磨性較好，但磨損后不易補(bǔ)償。常用于僅受軸向力的場(chǎng)合，如壓力機(jī)、機(jī)械手的導(dǎo)軌。（四）導(dǎo)軌間隙的調(diào)整導(dǎo)軌接合面之間都存在間隙間隙過(guò)小，增加運(yùn)動(dòng)阻力，加速導(dǎo)軌磨損間隙過(guò)大，降低導(dǎo)向精度，容易產(chǎn)生振動(dòng)調(diào)整方法：壓板和鑲條

1．壓板壓板用于調(diào)整間隙和承受顛覆力矩2．鑲條。鑲條用來(lái)調(diào)整矩形和燕尾形導(dǎo)軌的側(cè)面間隙，以保證導(dǎo)軌面的正常接觸。常用的鑲條有平鑲條和斜鑲條兩種。斜鑲條三、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)類(lèi)型及特點(diǎn)（一）滑動(dòng)導(dǎo)軌最常見(jiàn)的導(dǎo)軌其它類(lèi)型的導(dǎo)軌都是在滑動(dòng)導(dǎo)軌的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來(lái)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單有良好的工藝性剛度和精度易于保證在一般機(jī)床上廣泛應(yīng)用三、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)類(lèi)型及特點(diǎn)（一）滑動(dòng)導(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)軌三、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)類(lèi)型及特點(diǎn)（二）靜壓導(dǎo)軌工作原理與靜壓軸承相似。將具有一定壓力的潤(rùn)滑油，經(jīng)節(jié)流器輸入到導(dǎo)軌面上的油腔，即可形成承載油膜，使導(dǎo)軌面之間處于純液體摩擦狀態(tài)。優(yōu)點(diǎn)：導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)速度的變化對(duì)油膜厚度的影響很小；載荷的變化對(duì)油膜厚度的影響很小；液體摩檫，摩檫系數(shù)僅為0.005左右，油膜抗振性好。缺點(diǎn)：導(dǎo)軌自身結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜；需要增加一套供油系統(tǒng)；對(duì)潤(rùn)滑油的清潔程度要求很高。主要應(yīng)用：精密機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和低速運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌靜壓導(dǎo)軌分類(lèi)按結(jié)構(gòu)形式分：開(kāi)式、閉式開(kāi)式靜壓導(dǎo)軌：壓力油經(jīng)節(jié)流器進(jìn)入導(dǎo)軌的各個(gè)油腔，使運(yùn)動(dòng)部件浮起，導(dǎo)軌面被油膜隔開(kāi)，油腔中的油不斷地通過(guò)封油邊而流回油箱。當(dāng)動(dòng)導(dǎo)軌受到外載荷作用向下產(chǎn)生一個(gè)位移時(shí)，導(dǎo)軌間隙變小，增加了回油阻力，使油腔中的油壓升高，以平衡外載荷。閉式導(dǎo)軌在上、下導(dǎo)軌面上都開(kāi)有油腔，可以承受雙向外載荷，保證運(yùn)動(dòng)部件工作平穩(wěn)。按供油情況可分為定量式靜壓導(dǎo)軌和定壓式靜壓導(dǎo)軌。定壓式靜壓導(dǎo)軌是指節(jié)流器進(jìn)口處的油壓壓強(qiáng)ps是一定的，這是目前應(yīng)用較多的靜壓導(dǎo)軌。定量式靜壓導(dǎo)軌指流經(jīng)油腔的潤(rùn)滑油流量是一個(gè)定值，這種靜壓導(dǎo)軌不用節(jié)流器，而是對(duì)每個(gè)油腔均有一個(gè)定量油泵供油。由于流量不變，當(dāng)導(dǎo)軌間隙隨外載荷的增大而變小時(shí)，則油壓上升，載荷得到平衡。載荷的變化，只會(huì)引起很小的導(dǎo)軌間隙變化，因而油膜剛度較高，但這種靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)復(fù)雜。（三）卸荷導(dǎo)軌1.卸荷導(dǎo)軌的特點(diǎn)和應(yīng)用卸荷：減小壓力目的:采用卸荷導(dǎo)軌可以減輕支承導(dǎo)軌的負(fù)荷，降低導(dǎo)軌的靜摩擦系數(shù)，從而提高導(dǎo)軌的耐磨性和低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，提高導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)精度?？墒故謩?dòng)操作部件更加輕便。卸荷導(dǎo)軌由于導(dǎo)軌面仍然是直接接觸的，因而剛度較高。應(yīng)用：要求精度高和接觸剛度高的機(jī)床導(dǎo)軌的卸荷方式有液壓卸荷、機(jī)械卸荷和氣壓卸荷,液壓和機(jī)械卸荷應(yīng)用較多。采用液壓卸荷導(dǎo)軌的機(jī)床有立式車(chē)床、龍門(mén)刨床、外圓磨床和平面磨床等。采用機(jī)械卸荷導(dǎo)軌的機(jī)床有普通車(chē)床、立式車(chē)床、臥式鏜床、坐標(biāo)鏜床和仿形銑床等。（2）機(jī)械卸荷導(dǎo)軌（3）液壓卸荷導(dǎo)軌（4）自動(dòng)調(diào)節(jié)氣壓卸荷導(dǎo)軌（四）滾動(dòng)導(dǎo)軌1.特點(diǎn)和應(yīng)用滾動(dòng)導(dǎo)軌就是在導(dǎo)軌面之間裝有一定數(shù)量的滾動(dòng)體，兩個(gè)導(dǎo)軌面只和滾動(dòng)體接觸，使導(dǎo)軌面之間的摩擦性質(zhì)成為滾動(dòng)摩擦。特點(diǎn)：摩擦系數(shù)小（0.0025～0.005）靜、動(dòng)摩擦系數(shù)很接近運(yùn)動(dòng)輕便靈活；運(yùn)動(dòng)所需功率小；摩擦發(fā)熱少；磨損?。痪缺３中院茫ㄤ撝拼阌矊?dǎo)軌修理期間隔可達(dá)10～15年）；低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，一般沒(méi)有爬行現(xiàn)象移動(dòng)精度和定位精度高（一般重復(fù)定位誤差約0.1～0.2μm）。滾動(dòng)導(dǎo)軌潤(rùn)滑簡(jiǎn)單（可用油脂潤(rùn)滑）；維護(hù)方便（只需更換滾動(dòng)體）；高速運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)象滑動(dòng)導(dǎo)軌那樣因動(dòng)壓效應(yīng)而浮起滾動(dòng)導(dǎo)軌的缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜制造比較困難成本比較高剛度較低抗振性較差對(duì)臟物比較敏感，必須有良好的防護(hù)裝置。滾動(dòng)導(dǎo)軌應(yīng)用需要實(shí)現(xiàn)精密位移的機(jī)床，如坐標(biāo)鏜床、數(shù)控機(jī)床、仿形機(jī)床等。外圓磨床砂輪架為實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給工具磨床為手搖工作臺(tái)輕便立式車(chē)床為提高速度平面磨床工作臺(tái)導(dǎo)軌為防止高速移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生浮起，以提高加工精度；大型外圓磨床工作臺(tái)導(dǎo)軌為了減輕阻力和減少發(fā)熱等也采用滾動(dòng)導(dǎo)軌2.滾動(dòng)導(dǎo)軌的類(lèi)型（1）按滾動(dòng)體類(lèi)型分類(lèi)