第3章金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)2.1機(jī)床設(shè)計(jì)的基本要求和理論第3章機(jī)床部件設(shè)計(jì)3.1主軸部件設(shè)計(jì)

主軸部件是機(jī)床最重要部件之一。它由主軸、支承軸承、傳動(dòng)件、密封件及定位元件等組成。主軸部件用來傳遞扭矩、承受工作載荷。主軸部件設(shè)計(jì)1、主軸部件要求主軸部件的基本要求：旋轉(zhuǎn)精度、剛度、抗振性、溫升和熱變形、精度保持性。（1）旋轉(zhuǎn)精度：裝配后，在無載荷、低速轉(zhuǎn)動(dòng)條件下，在安裝工件或刀具的主軸部位的徑向和軸向跳動(dòng)。旋轉(zhuǎn)精度取決于主軸、軸承、箱體孔等的制造、裝配和調(diào)整精度。主軸部件設(shè)計(jì)1）旋轉(zhuǎn)精度

旋轉(zhuǎn)中心線：主軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)線速度為零的點(diǎn)的連線。理論上，旋轉(zhuǎn)中心線是主軸的幾何中心線，其位置是不隨時(shí)間而變化的。但是，由于制造和裝配誤差，主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)中心線在空間的位置是每時(shí)每刻都在發(fā)生變化。

旋轉(zhuǎn)誤差：瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心線相對(duì)于理想中心線在空間位置上的偏差是主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)的瞬時(shí)誤差（旋轉(zhuǎn)誤差）；

旋轉(zhuǎn)精度：是旋轉(zhuǎn)誤差的范圍。主軸部件設(shè)計(jì)1）旋轉(zhuǎn)精度

旋轉(zhuǎn)誤差被分解成徑向跳動(dòng)Δr、軸向竄動(dòng)ΔO和角度擺動(dòng)Δα。主軸部件設(shè)計(jì)2）剛度主軸部件的剛度指在外載荷作用下抵抗變形的能力。剛度的量化以主軸前端產(chǎn)生單位位移的彈性變形時(shí)，在位移方向所施加的作用力大小來表示。

當(dāng)主軸外伸端受徑向作用力F，主軸受力方向上的彈性位移為δ時(shí)，其剛度K

的表達(dá)式為：主軸部件設(shè)計(jì)2）剛度（1）靜剛度主軸部件在靜載荷作用下抵抗變形的能力，表示為Kj=Fj/δj。主軸部件的剛度受主軸的尺寸和形狀，如主軸的慣性矩、懸伸量和支撐跨度等；支撐軸承的類型、數(shù)量、預(yù)緊和配置形式，傳動(dòng)件的布置方式，主軸部件的制造精度和裝配質(zhì)量等因素影響。（2）動(dòng)剛度

主軸部件在交變載荷作用下抵抗變形的能力，表示為

Kd=Fd/δd。主軸部件設(shè)計(jì)如外圓磨床主軸剛度不足時(shí)，在磨削力作用下主軸由位置1變形到位置2，砂輪母線偏移，使被加工表面上出現(xiàn)螺旋形花紋，降低了加工表面的質(zhì)量。主軸部件設(shè)計(jì)3）抗振性主軸部件的抗振性是指機(jī)床工作時(shí)主軸部件抵抗振動(dòng)、保持主軸平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的能力。在切削過程中，主軸部件受到靜態(tài)力的作用，也受到?jīng)_擊力和交變力的作用而產(chǎn)生振動(dòng)。沖擊力和交變力是由材料硬度不均勻、加工余量的變化、斷續(xù)切削、主軸部件不平衡、軸承或齒輪存在缺陷以及切削過程中的顫振等引起。

主軸振動(dòng)直接影響工件的表面加工質(zhì)量和刀具的使用壽命，并產(chǎn)生噪聲。主軸部件設(shè)計(jì)4）溫升和熱變形熱變形是主軸部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，各相對(duì)運(yùn)動(dòng)處的摩擦，切削區(qū)的切削熱等使主軸組件的溫度升高，造成形狀、尺寸及位置變化。

熱變形會(huì)引起：主軸伸長(zhǎng)、軸承間隙變化，軸心位置變化、潤(rùn)滑油溫升導(dǎo)致粘度降低，影響主軸部件的工作性能，降低加工精度。主軸部件設(shè)計(jì)5）精度保持性（耐磨性）耐磨性是主軸長(zhǎng)期保持其原始制造精度的能力，也稱為精度保持性。影響耐磨性的主要原因是磨損，例如主軸軸承、主軸軸頸表面、裝夾工件或刀具的定位表面的磨損。降低磨損的主要措施：提高表面硬度耐磨性影響機(jī)床使用壽命內(nèi)的加工精度和工作穩(wěn)定性。主軸部件設(shè)計(jì)2、主軸部件的傳動(dòng)方式齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)

主軸部件設(shè)計(jì)（1）齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，能夠傳遞較大的扭矩，能適應(yīng)變轉(zhuǎn)速、變載荷工作，應(yīng)用最廣。缺點(diǎn)是線速度不能過高，通常小于12~15m/s。主軸部件設(shè)計(jì)（2）帶傳動(dòng)

包括：平帶、V帶、多楔帶、同步帶

特點(diǎn)是靠摩擦力傳動(dòng)（除同步齒形帶外）、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、成本低，特別適用于中心距較大的兩軸間傳動(dòng)。皮帶有彈性可吸振，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小，適宜高速傳動(dòng)。帶傳動(dòng)在過載中會(huì)打滑，能起到過載保護(hù)作用。缺點(diǎn)是有滑動(dòng)，不能用在速比要求準(zhǔn)確的場(chǎng)合。主軸部件設(shè)計(jì)

同步帶是通過帶上的齒形與帶輪上的輪齒相嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。同步帶的齒形有兩種：梯形齒和圓弧齒。圓弧齒形受力合理，較梯形齒同步帶能夠傳遞更大的扭矩。

優(yōu)點(diǎn)：無相對(duì)滑動(dòng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，傳動(dòng)精度高；采用伸縮率小、抗拉及抗彎曲疲勞強(qiáng)度高的承載繩，如鋼絲、聚酯纖維等，因此強(qiáng)度高，可傳遞超過100kW以上的動(dòng)力；厚度小、重量輕、傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小適用于高速傳動(dòng)，可達(dá)50m/s;無需特別張緊，對(duì)軸和軸承壓力小，傳動(dòng)效率高；不需要潤(rùn)滑，耐水、耐腐蝕，能在高溫下工作，維護(hù)保養(yǎng)方便；傳動(dòng)比大，可達(dá)1:10以上。

缺點(diǎn)：制造工藝復(fù)雜，安裝條件要求高。主軸部件設(shè)計(jì)（3）電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)是主軸單元大大簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度，降低了噪聲和振動(dòng)；有較寬的調(diào)速范圍；有較大的驅(qū)動(dòng)功率和扭矩；便于組織專業(yè)化生產(chǎn)。廣泛應(yīng)用于精密機(jī)床、高速加工中心和數(shù)控車床中。主軸部件設(shè)計(jì)3、主軸部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)傳動(dòng)件----傳動(dòng)件布置支承—-支承數(shù)目、支承方式主軸----主軸參數(shù)、構(gòu)造、材料、熱處理臥式銑床變速箱主軸部件設(shè)計(jì)主軸部件設(shè)計(jì)1）主軸部件支承數(shù)目

多數(shù)機(jī)床主軸采用前、后兩個(gè)支承。為提高剛度和抗振性，有的機(jī)床采用三個(gè)支承。三個(gè)支承中可以前、后支承為主要支承，中間支承為輔助支承；也可以前、中支承為主要支承，后支承為輔助支承，且后者應(yīng)用較多。主軸部件設(shè)計(jì)主軸部件設(shè)計(jì)2）推力軸承位置配置形式

推力軸承配置形式影響主軸的軸向剛度和主軸熱變形方向及大小。

配置形式：前端配置、后端配置、兩端配置、中間配置主軸部件設(shè)計(jì)2）推力軸承位置配置形式（1）前端配置：兩個(gè)方向的推力軸承都布置在前支承外。這類配置方案在前支承處軸承較多，發(fā)熱大，溫升高；但主軸受熱后向后伸長(zhǎng)，不影響軸向精度，精度高，對(duì)提高主軸部件剛度有利。用于軸向精度和剛度要求較高的高精度機(jī)床或數(shù)控機(jī)床。主軸部件設(shè)計(jì)（2）后端配置：兩個(gè)方向的推力軸承都布置在后支承處。這類配置方案前支承處軸承較少，發(fā)熱小，溫升低；但主軸受熱后向前伸長(zhǎng)，影響軸向精度。用于軸向精度要求不高的普通精度機(jī)床，如立銑、多刀車床等。主軸部件設(shè)計(jì)（3）兩端配置：兩個(gè)方向的推力軸承分別布置在前后兩個(gè)支承處。這類配置方案當(dāng)主軸受熱伸長(zhǎng)后，影響主軸軸承的軸向間隙。為避免松動(dòng)，可用彈簧消除間隙和補(bǔ)償熱膨脹。常用于短主軸，如組合機(jī)床主軸。主軸部件設(shè)計(jì)（4）中間配置：兩個(gè)方向的推力軸承在前支承的后側(cè)。這類配置方案可減少主軸的懸伸量，并使主軸的熱膨脹向后；但前支承結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，溫升也可能較高。主軸部件設(shè)計(jì)3）主軸傳動(dòng)件位置的合理布置傳動(dòng)件布置原則：傳動(dòng)力引起的主軸彎曲變形最小。引起主軸前端在影響加工精度的敏感方向上的位移小。

方法：

傳動(dòng)件軸向布置盡量靠近前支承，有多個(gè)傳動(dòng)件時(shí)，最大傳動(dòng)件應(yīng)靠近前端。（1）傳動(dòng)件在前支承內(nèi)側(cè)齒輪在兩支承中間靠近前支承。前支承直徑大，剛度高，大齒輪靠前可減少主軸的彎曲變形，而且轉(zhuǎn)矩傳遞長(zhǎng)度短，扭轉(zhuǎn)變形小，使用最普遍。主軸部件設(shè)計(jì)（2）傳動(dòng)件在前支承外側(cè)齒輪在主軸的前懸伸端，用于具有大轉(zhuǎn)盤的機(jī)床，如:立式車床、鏜床。主軸部件設(shè)計(jì)（3）傳動(dòng)件在后支承外側(cè)

傳動(dòng)件放在主軸的后懸伸端，使前后支承獲得較好的支承跨距。多用于主軸的帶傳動(dòng)。更換傳動(dòng)帶方便，防止油液的侵蝕。主軸部件設(shè)計(jì)主軸部件設(shè)計(jì)4）主軸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定主軸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)包括：1234（1）主軸前軸直徑D1（2）主軸內(nèi)孔直徑d（3）主軸前端懸伸量a（4）主軸主要支承間跨距L主軸的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)步驟：根據(jù)機(jī)床類型、功率和加工直徑查表，初選主軸直徑；選擇主軸跨距；進(jìn)行主軸組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求修正上述數(shù)據(jù)；進(jìn)行必要的驗(yàn)算：主要是剛度和抗振性；根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行必要的修改，并繪制裝配圖和零件圖。主軸部件設(shè)計(jì)（1）初選主軸直徑根據(jù)機(jī)床類型、傳遞的功率、或者最大加工直徑來確定主軸直徑。主軸部件設(shè)計(jì)車床、銑床等，因裝配要求，主軸直徑自前往后逐步減少。前直徑與后軸徑的關(guān)系為：（2）主軸內(nèi)孔直徑確定

主軸具有內(nèi)孔（通過棒料或安裝刀具），內(nèi)孔對(duì)主軸剛度存在一定影響。臥式車床規(guī)定其主軸孔徑通常不小于主軸平均直徑的55—60%?？招暮蛯?shí)心軸剛度之間的關(guān)系如下：主軸部件設(shè)計(jì)

由上式可知：當(dāng)ε≤0.5時(shí)，K空/K實(shí)≥0.94，因此，空心主軸的剛度下降比較小。但是，如果ε=0.7，則K空/K實(shí)=0.76，主軸剛度下降了30%，因此，

ε不能太大，一般取ε≤0.7。主軸部件設(shè)計(jì)（3）主軸懸伸量確定

主軸懸伸量a是指主軸定位基準(zhǔn)面至前支承徑向反力作用點(diǎn)之間的距離。

懸伸量對(duì)主軸剛度和抗振性具有顯著的影響。

主軸前端懸伸量a

取決于主軸端部的結(jié)構(gòu)、前支承軸承的配置和密封裝置的型式和尺寸。在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下，盡量縮短懸伸量a

。主軸部件設(shè)計(jì)（4）主軸跨距確定

主軸跨距是指前—后或者前—中支承反力作用點(diǎn)之間的距離。主軸跨距對(duì)主軸組件性能具有很大影響。在懸伸量一定時(shí)，跨距越大，主軸端部的變形越大。

變形由兩部分組成：剛性支承上彈性主軸變形和彈性支承上剛性主軸變形。主軸部件設(shè)計(jì)（4）主軸跨距確定（a）剛性支承、彈性主軸端部位移δs主軸部件設(shè)計(jì)（a）剛性支承、彈性主軸端部位移δs主軸柔度=主軸剛度倒數(shù)，即當(dāng)a和F一定時(shí)，主軸柔度與l/a是線性關(guān)系，如圖中曲線1，l/a越大，柔度越大，即主軸剛度越低。主軸部件設(shè)計(jì)（b）剛性主軸、彈性支承時(shí)，主軸端部位移δz設(shè)主軸前后支承的剛度分別為KA，KB，前后支承的變形量分別為δAδB，則：主軸部件設(shè)計(jì)（b）剛性主軸、彈性支承時(shí)，主軸端部位移δz當(dāng)a和F一定時(shí)，主軸柔度與l/a關(guān)系如圖中曲線2。當(dāng)l/a小時(shí)，柔度急劇下降，即剛度急劇增高；當(dāng)l/a較大時(shí)，柔度降低緩慢，即主軸剛度提高緩慢。主軸部件設(shè)計(jì)（c）主軸端部總位移δ總?cè)岫圈?F與l/a的關(guān)系如圖中曲線3所示。主軸部件設(shè)計(jì)（c）主軸端部總位移δ可以證明：柔度曲線存在二階導(dǎo)數(shù)大于零（說明曲線是凹函數(shù)），因此，存在最小值，即主軸存在最小柔度值，也就是存在最大剛度值。設(shè)主軸跨距為l0時(shí)，柔度最小，則：主軸部件設(shè)計(jì)（c）主軸端部總位移δ整理上面方程可以得到：解上面方程，可以得到最佳主軸跨距，保證主軸剛度最大。主軸部件設(shè)計(jì)主軸部件設(shè)計(jì)5）主軸設(shè)計(jì)主軸：主軸的構(gòu)造、主軸材料及熱處理、主軸技術(shù)要求（1）主軸的構(gòu)造主軸的構(gòu)造和形狀主要取決于主軸上所安裝的刀具、夾具、傳動(dòng)件、軸承等零件的類型、數(shù)量、位置和安裝定位方法等。（2）主軸的材料和熱處理普通機(jī)床主軸可選用中碳鋼（如45鋼），調(diào)質(zhì)處理后，在主軸端部、錐孔、定心軸頸或定心錐面等部位進(jìn)行局部高頻淬硬，以提高其耐磨性。

主軸的剛度、強(qiáng)度、耐磨性、耐疲勞性、精度保持性以及加工性和表面粗糙度等均與主軸材質(zhì)相關(guān)，因此，需要合理選擇主軸材料及其熱處理。

拉伸壓縮剛度為：EA

（E—彈性模量，Ａ截面面積）彎曲剛度為：ＥＩ（Ｉ－－截面慣性矩）因此，在結(jié)構(gòu)一定的條件下，材料的彈性模量E越大，主軸的剛度也越高。普通碳鋼與合金鋼的E值基本相同，且與熱處理無關(guān)，E=2.1

107N/cm2因此，優(yōu)先選用45鋼或60號(hào)鋼，價(jià)格便宜。在特殊情況下采用合金鋼,常用４０Ｃｒ進(jìn)行淬火處理。主軸部件設(shè)計(jì)

機(jī)床主軸：常用45鋼，調(diào)質(zhì)到布氏硬度220～250HBS，主軸端部錐孔、定心軸頸或定心圓錐面等部位局部淬硬至洛氏硬度HRC50～55。若支承用滑動(dòng)軸承，則軸頸處需高頻淬硬，保證耐磨性。若為重負(fù)荷，為提高抗疲勞性能，可選用40Cr或50Mn2鋼。對(duì)受沖擊載荷較大的主軸或軸頸處需要更高的硬度時(shí)，可選用20Cr進(jìn)行滲碳淬火處理至HRC56～62。精密機(jī)床的主軸，要求在長(zhǎng)期使用中因內(nèi)應(yīng)力引起的變形要小，故應(yīng)選用在熱處理后殘余應(yīng)力小的材料,如40Cr或45MnB鋼。支承在滑動(dòng)軸承上的高精度磨床的砂輪主軸，鏜床和坐標(biāo)鏜床主軸，要求有很高的耐磨性，可選用38CrMoAlA鋼，進(jìn)行氮化處理，使表面硬度達(dá)到維氏硬度HV1100～1200（相當(dāng)于HRC69～72）。主軸部件設(shè)計(jì)（2）主軸材料與熱處理

鋼材熱處理用途45調(diào)質(zhì)HRC22～28一般機(jī)床主軸、傳動(dòng)軸40Cr淬硬HRC48～55載荷較大，或表面要求較硬的主軸40Cr高頻淬硬HRC55～62滑動(dòng)軸承的主軸軸頸20Cr滲碳淬硬HRC56～62軸頸處需要高硬度或沖擊性較大的主軸9Mn2V淬硬HRC59～62高精度機(jī)床主軸，熱處理變形較小38CrMOAIA氮化處理HV850～1200高精度機(jī)床主軸，保證熱處理變形小50Mn2調(diào)質(zhì)HRC28～35載荷較大的重型機(jī)床主軸主軸部件設(shè)計(jì)主軸材料與熱處理

（2）精密、大載荷、有沖擊的機(jī)床主軸

采用中碳或低碳合金鋼，如40Cr，20Cr。進(jìn)行高頻淬火或滲碳淬火，提高耐磨性，硬度52~65HRC。

總結(jié)：主軸的選材依據(jù)——載荷類型、耐磨性、熱處理方法。

（1）普通機(jī)床主軸

采用45#或60#優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼。在主軸支承軸頸及裝卡刀具的定位基面進(jìn)行局部高頻淬火，提高耐磨性，硬度為50~55HRC。主軸部件設(shè)計(jì)（3）主軸技術(shù)要求

主軸技術(shù)要求包括：尺寸公差、形狀位置公差、表面粗糙度和表面硬度等。主軸的精度直接影響主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度；主軸和軸承、齒輪等零件相連接處的表面幾何形狀誤差和表面粗糙度，關(guān)系到接觸剛度；設(shè)計(jì)主軸時(shí)，必須根據(jù)機(jī)床精度標(biāo)準(zhǔn)，制定合理的技術(shù)要求。主軸部件設(shè)計(jì)主軸部件設(shè)計(jì)4主軸滾動(dòng)軸承

主軸部件中最重要的組件是軸承。

主軸軸承的要求：旋轉(zhuǎn)精度高、剛度高、承載能力強(qiáng)、極限轉(zhuǎn)速高、適應(yīng)變速范圍大、摩擦小、噪聲小、抗振性好、使用壽命長(zhǎng)、使用維護(hù)方便等。

機(jī)床上常用的主軸軸承有滾動(dòng)軸承、液體動(dòng)壓軸承、液體靜壓軸承，空氣靜壓軸承等，還有自調(diào)磁浮軸承等適應(yīng)高速加工的新型軸承。

1）主軸常用滾動(dòng)軸承

（1）雙列圓柱滾子軸承如圖（a）所示，NN3000K型常用，滾道環(huán)槽開在內(nèi)圈上；如圖（b）所示，NNU4900K型，滾道環(huán)槽開在外圈上，可以將其內(nèi)圈裝在主軸上后再精磨內(nèi)圈滾道，以提高主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度。

這兩種型號(hào)的內(nèi)圈為1:12的錐孔，與主軸的錐形軸頸相配合，可通過軸向移動(dòng)精確地調(diào)整間隙，甚至預(yù)緊，旋轉(zhuǎn)精度高，廣泛應(yīng)用于機(jī)床主軸組件上。主軸部件設(shè)計(jì)（2）雙向推力角接觸球軸承這種軸承的接觸角α=60°，由外圈3、左右內(nèi)圈1和6、左右雙列滾珠2和5以及保持架、隔套4組成。修磨隔套4的厚度，可以精確地調(diào)整間隙或預(yù)緊。

可以承受雙向軸向載荷，不承受徑向載荷，與雙列滾柱滾子軸承配套使用（雙列滾柱滾子軸承承受徑向載荷），主要用于主軸的前支承。主軸部件設(shè)計(jì)（3）雙列圓錐滾子軸承它有一個(gè)公用外圈和兩個(gè)內(nèi)圈，外圈的凸肩靠住箱體或者主軸套筒的端面，實(shí)現(xiàn)軸向定位，用法蘭壓緊另一端。凸肩上有缺口，插入螺釘防止外圈轉(zhuǎn)動(dòng)。修磨中間隔套，可以調(diào)整間隙或預(yù)緊。它既可以承受徑向載荷，也可以承受雙向的軸向載荷，承載能力和剛度較大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于中低速、中等載荷的主軸組件的前支承。主軸部件設(shè)計(jì)（4）角接觸球軸承(Angularcontactballbearing)接觸角a=0°，深溝球軸承（60000），主要用來承受徑向力，也能承受部分軸向力，承載能力較差，允許極限轉(zhuǎn)速高。常用于精度和剛度要求不高的場(chǎng)合，如鉆床主軸。0°<a<=45°，角接觸球軸承（70000）可承受徑向載荷，承受單向軸向載荷，多為15°和25°，適用于高速主軸，例如磨床主軸。45°<a<=90°，推力角接觸球軸承a=90°，推力軸承主軸部件設(shè)計(jì)多個(gè)角接觸球軸承組合

三種組合方式，“背靠背”、“面對(duì)面”、“同向組合”，它們共同承受徑向載荷；前兩種可以承受雙向軸向載荷，“同向組合”只能承受一個(gè)方向的軸向載荷；

“背靠背”配置，兩個(gè)軸承的反作用力組成的反力矩大，可以抵消一部分外載荷產(chǎn)生的彎矩對(duì)提高主軸剛度有力。

主軸部件設(shè)計(jì)2）主軸滾動(dòng)軸承選擇原則

主軸軸承選擇和配置取決于：承受載荷的大小、方向及其性質(zhì)、轉(zhuǎn)速大小、精度高低等。

由于主軸直徑大，導(dǎo)致軸承直徑大，它的疲勞壽命總是遠(yuǎn)大于規(guī)定值。因此，承載能力和疲勞壽命不是選擇軸承的主要依據(jù)。

前軸承的精度要選得高一點(diǎn)，一般比后軸承高一級(jí)。主軸部件設(shè)計(jì)主軸前后支承的徑向軸承對(duì)主軸旋轉(zhuǎn)精度影響不同。主軸部件設(shè)計(jì)2）主軸滾動(dòng)軸承選擇原則

（1）轉(zhuǎn)速較高，負(fù)載不大，而旋轉(zhuǎn)精度要求較高，采用球軸承。

（2）轉(zhuǎn)速較低，負(fù)載大或有沖擊負(fù)載，采用滾子軸承。

（3）徑向載荷和軸向載荷都較大時(shí)，如果轉(zhuǎn)速高，采用角接觸球軸承。如果轉(zhuǎn)速不高，采用圓錐滾子軸承。

（4）軸向載荷比徑向載荷大得多，但轉(zhuǎn)速較低時(shí)，采用兩種不同類型的軸承組合，分別承受軸向和徑向負(fù)載。

（5）徑向載荷比軸向載荷大得多，且轉(zhuǎn)速高，采用深溝球軸承。

（6）支承剛度要求較高時(shí)，可采用成對(duì)角接觸型軸承。主軸部件設(shè)計(jì)3）主軸滾動(dòng)軸承配置載荷、配合、轉(zhuǎn)速（1）徑向軸承配置兩支承或三支承，各支承處均需配置徑向支承；前支承徑向軸承對(duì)主軸前端的性能影響最大，要優(yōu)先選定；兩支承結(jié)構(gòu)通常采用同類型軸承匹配，如圓錐滾子軸承、雙列圓柱滾子軸承；選不同軸承匹配時(shí)，必須均滿足主軸轉(zhuǎn)速要求；主軸部件設(shè)計(jì)3）主軸滾動(dòng)軸承配置（2）推力軸承配置主軸一般受兩個(gè)方向軸向載荷，需要至少配置兩個(gè)相應(yīng)的推力軸承；主軸組件必須在兩個(gè)方向都要軸向定位，否則，在軸向?qū)a(chǎn)生竄動(dòng)；主軸組件軸向定位方式由推力軸承的布置方式?jīng)Q定的，有4種。主軸部件設(shè)計(jì)角接觸球軸承雙列圓柱滾子+角接觸雙列推力球+雙列圓柱滾子軸承雙(三)聯(lián)角接觸球+雙列圓柱滾子主軸部件設(shè)計(jì)高速CNC車床普通CNC車床臥式銑床4）幾種典型的主軸軸承配置型式5）主軸滾動(dòng)軸承間隙調(diào)整滾動(dòng)軸承的間隙量大小對(duì)主軸工作性能及軸承壽命有重要影響。在較大間隙下工作:主軸徑向或者軸向偏移，直接影響加工精度；軸承承載區(qū)域小，載荷集中作用于受力方向的一個(gè)或者幾個(gè)滾動(dòng)體上，造成應(yīng)力集中，使軸承發(fā)熱、磨損而降低其壽命；主軸組件的剛度和抗振性大為降低；零間隙或負(fù)間隙下工作：軸承滾動(dòng)體受力均勻，主軸旋轉(zhuǎn)精度高；間隙為負(fù)時(shí)，滾動(dòng)體產(chǎn)生彈性變形，與滾道的接觸面積加大，則主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度、剛度和抗振性得到顯著提高；主軸部件設(shè)計(jì)當(dāng)把軸承調(diào)整到不僅完全消除間隙，而且產(chǎn)生一定的過盈量（稱為負(fù)間隙）時(shí)，這就是滾動(dòng)軸承的預(yù)緊。主軸部件設(shè)計(jì)5）主軸滾動(dòng)軸承間隙調(diào)整軸承預(yù)緊分為徑向預(yù)緊和軸向預(yù)緊兩種方式。（1）徑向預(yù)緊方式軸承徑向預(yù)緊的方式是利用軸承內(nèi)圈膨脹，以消除徑向間隙的方法。如下圖，通過擰動(dòng)軸承內(nèi)側(cè)的調(diào)節(jié)螺母推動(dòng)內(nèi)圈，使之與軸頸間產(chǎn)生相對(duì)軸向位移，達(dá)到預(yù)緊目的。無控制裝置，如圖(a)，位移調(diào)整量的控制憑操作者的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；控制螺母，圖(b)，在軸承前側(cè)放置控制螺母，用以控制調(diào)節(jié)量，但，需要在主軸上加工螺紋；主軸部件設(shè)計(jì)控制螺釘，如圖(c)，在主軸凸緣上均勻的布置數(shù)個(gè)螺釘以調(diào)整內(nèi)圈的移動(dòng)量，調(diào)整方便，但是，用幾個(gè)螺釘調(diào)整，易造成墊圈歪斜；控制環(huán)，圖(d)，在軸承前側(cè)放置兩個(gè)對(duì)開的半環(huán)，可取下修磨其厚度用以控制調(diào)整量；使用方便，并且可以保證較高的定位精度，采用細(xì)牙螺紋，便于微量調(diào)整。主軸部件設(shè)計(jì)（2）軸向預(yù)緊方式軸承軸向預(yù)緊是通過軸承內(nèi)、外圈之間的相對(duì)軸向位移進(jìn)行預(yù)緊的。修磨軸承內(nèi)圈，如圖(a)，通過將內(nèi)圈（背靠背組配）相靠的端面各磨去一定量а，安裝時(shí)把它們軸向相對(duì)壓緊以實(shí)現(xiàn)預(yù)緊；需要修磨軸承，工藝較復(fù)雜，且使用中不能調(diào)整間隙，應(yīng)用較少；內(nèi)外隔套，圖(b)，在兩個(gè)軸承的內(nèi)、外圈之間，分別安裝兩個(gè)厚度差為2а的內(nèi)、外隔套。隔套加工精度容易保證，使用效果好，但是，在使用中不能調(diào)整間隙；主軸部件設(shè)計(jì)無控制裝置，如圖(C)，兩個(gè)軸承內(nèi)圈的位移量靠操作者經(jīng)驗(yàn)控制，難以準(zhǔn)確掌握，但是，使用中可以調(diào)整；彈簧預(yù)緊，圖(d)，靠數(shù)個(gè)均勻布置彈簧可控制預(yù)加載，間隙基本保持不變，磨損后可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償；但是，對(duì)彈簧要求高。主軸部件設(shè)計(jì)6）主軸滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑潤(rùn)滑的作用是：減少摩擦、降低溫升，并與密封裝置一起保護(hù)軸承不受外物的損傷與腐蝕。軸承潤(rùn)滑分為脂潤(rùn)滑和油潤(rùn)滑兩種方式。（1）脂潤(rùn)滑潤(rùn)滑脂是基油、稠化劑或添加劑在高溫下混合成脂狀潤(rùn)滑劑。其特點(diǎn)：粘附力強(qiáng)、密封簡(jiǎn)單；不需要經(jīng)常添加和更換，維護(hù)方便；一般的潤(rùn)滑脂摩擦阻力比潤(rùn)滑油大，但是，好的潤(rùn)滑脂摩擦阻力比油??；潤(rùn)滑脂使用于速度低、溫度低、不需要冷卻的場(chǎng)合，例如鉆床、立銑等；主軸部件設(shè)計(jì)（1）油潤(rùn)滑油潤(rùn)滑適用于速度、溫度較高的軸承。主軸滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑方式由軸承的轉(zhuǎn)速、載荷、允許的溫升、軸承類型等決定。油潤(rùn)滑方式分為：滴油潤(rùn)滑：通過針閥式軸承注油杯向軸承間斷地滴油，適用于高速小型主軸；飛濺潤(rùn)滑：利用浸入油池內(nèi)的齒輪旋轉(zhuǎn)使油飛濺進(jìn)行潤(rùn)滑。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是，系統(tǒng)啟動(dòng)后才能潤(rùn)滑，噪音大，油不能過濾；適用于要求不高的主軸；循環(huán)潤(rùn)滑：由油泵供油對(duì)軸承潤(rùn)滑?；赜徒?jīng)冷卻、過濾后再使用，能夠保證對(duì)軸承充分潤(rùn)滑，并帶走部分熱量；適用于高速、重載機(jī)床主軸軸承（CA6140、XW62等）；油霧潤(rùn)滑：壓縮空氣通過霧化器、噴嘴將油噴到軸承上。效果好，但是，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，適用于要求很高的高速主軸軸承（高速內(nèi)圓磨頭）；噴射潤(rùn)滑：在軸承周圍配置噴油嘴，可以準(zhǔn)確噴射，效果好，但是，成本高；油汽潤(rùn)滑：用微量油與壓縮空氣混合，經(jīng)噴嘴送入軸承中，效果好。其與油霧潤(rùn)滑的區(qū)別在于油沒有被霧化，而是滴入軸承中。主軸部件設(shè)計(jì)（1）油潤(rùn)滑

對(duì)于角接觸滾動(dòng)軸承，由于轉(zhuǎn)動(dòng)離心力的甩油作用，潤(rùn)滑油必須從小端進(jìn)入，否則，潤(rùn)滑油很難進(jìn)入軸承中的工作表面。主軸部件設(shè)計(jì)7）主軸滾動(dòng)軸承的密封密封作用：防止?jié)櫥屯饬鳎悦庠黾雍挠土?，影響外觀，污染環(huán)境；防止灰塵、金屬屑等進(jìn)入軸承。密封方式分為兩類：（1）接觸式：在旋轉(zhuǎn)件和密封件之間有摩擦，發(fā)熱大，不適用于高速主軸。（2）非接觸式：發(fā)熱少，密封件壽命長(zhǎng)，能使用于各種轉(zhuǎn)速。應(yīng)用廣泛。接觸式：氈圈密封、O型圈非接觸：油溝式密封、迷宮式密封。主軸部件設(shè)計(jì)機(jī)床部件設(shè)計(jì)第3章機(jī)床部件設(shè)計(jì)3.2導(dǎo)軌設(shè)計(jì)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)一、導(dǎo)軌的功用和應(yīng)滿足的基本要求（一）導(dǎo)軌的功用

導(dǎo)軌功用：承受載荷和導(dǎo)向。承受安裝在導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)部件及工件的重力和切削力，運(yùn)動(dòng)部件可以沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。分為動(dòng)、靜導(dǎo)軌（二）導(dǎo)軌分類（1）按運(yùn)動(dòng)性質(zhì)分為

◆主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌用于刨床、拉床、插齒機(jī)的主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。

◆進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌用于機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)中。

◆

移置導(dǎo)軌可調(diào)整部件之間的相對(duì)位置，在機(jī)床中沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如：臥式車床的尾座導(dǎo)軌。導(dǎo)軌設(shè)計(jì)

（2）按摩擦性質(zhì)分為滑動(dòng)導(dǎo)軌副、滾動(dòng)導(dǎo)軌副。普通滑動(dòng)導(dǎo)軌混合摩擦，導(dǎo)軌間有一定動(dòng)壓效應(yīng)，速度較低，導(dǎo)軌面處于接觸狀態(tài)。用于大多數(shù)普通機(jī)床。

靜壓滑動(dòng)導(dǎo)軌液體摩擦，導(dǎo)軌間有壓力油膜層，靠液壓系統(tǒng)提供壓力油膜。用于高精度機(jī)床進(jìn)給導(dǎo)軌。

動(dòng)壓滑動(dòng)導(dǎo)軌液體摩擦，動(dòng)壓油膜的形成是利用滑移速度帶動(dòng)潤(rùn)滑油從大間隙處向狹窄處流動(dòng)形成的。適用于主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。滾動(dòng)導(dǎo)軌導(dǎo)軌面之間裝有滾動(dòng)元件（鋼球），靠鋼球的滾動(dòng)摩擦引導(dǎo)部件運(yùn)動(dòng)。廣泛用于數(shù)控、精密和高精度機(jī)床。導(dǎo)軌設(shè)計(jì)（3）按結(jié)構(gòu)形式分為開式導(dǎo)軌、閉式導(dǎo)軌。

開式導(dǎo)軌

是指在部件自重和外載荷作用下，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌的工作面始終保持接觸、貼合的導(dǎo)軌。開式導(dǎo)軌不能承受較大顛覆力矩。用于大型機(jī)床的水平導(dǎo)軌。導(dǎo)軌設(shè)計(jì)閉式導(dǎo)軌

是在開式導(dǎo)軌上增加輔助導(dǎo)軌而構(gòu)成。如圖，壓板和床身導(dǎo)軌下底面a

組成的輔助導(dǎo)軌。

閉式導(dǎo)軌能保持導(dǎo)軌副始終接觸，故能承受較大的顛覆力矩。導(dǎo)軌設(shè)計(jì)M

（三）導(dǎo)軌應(yīng)滿足的基本要求（1）導(dǎo)向精度高

導(dǎo)向精度是指導(dǎo)軌副在空載荷或切削條件下運(yùn)動(dòng)時(shí)，實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡與給定運(yùn)動(dòng)軌跡的符合程度。

影響因素：

（1）導(dǎo)軌的幾何精度和接觸精度

（2）結(jié)構(gòu)形式

（3）導(dǎo)軌及其支承件的剛度

（4）導(dǎo)軌的油膜厚度和油膜剛度

（5）熱變形等導(dǎo)軌設(shè)計(jì)（2）精度保持性好

導(dǎo)軌設(shè)計(jì)制造的關(guān)鍵，也是衡量機(jī)床優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。影響精度保持性的主要因素是磨損，即導(dǎo)軌的耐磨性。

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)軌設(shè)計(jì)（3）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)不出現(xiàn)不平穩(wěn)現(xiàn)象。

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)系剛度等。導(dǎo)軌設(shè)計(jì)（4）承載能力大，剛度好。合理選擇導(dǎo)軌的截面形狀和尺寸。（5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好

在可能情況下，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。導(dǎo)軌設(shè)計(jì)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)二、導(dǎo)軌的截面形狀選擇（一）直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌截面形狀主要有四種：矩形、三角形、燕尾形和圓柱形，它們可互相組合，每種導(dǎo)軌副中還有凹、凸之分。（1）矩形導(dǎo)軌：承載能力大、剛度高、制造簡(jiǎn)單、檢驗(yàn)和維修方便等優(yōu)點(diǎn)。但是，導(dǎo)軌不可避免地存在側(cè)面間隙，因此，導(dǎo)向精度差。適于載荷較大而導(dǎo)向要求略低的機(jī)床；

導(dǎo)軌設(shè)計(jì)（2）三角形導(dǎo)軌：磨損時(shí)自動(dòng)補(bǔ)償磨損量，不產(chǎn)生間隙。

三角形導(dǎo)軌的導(dǎo)向性能與頂角α成反比，減小其頂角α，導(dǎo)軌的導(dǎo)向性能提高；其承載能力與頂角α成正比。減小其頂角α，承載能力下降。導(dǎo)軌頂角越小，導(dǎo)向性越好，但摩擦力也越大。小頂角用于輕載荷精密機(jī)械，大頂角用于大型或重型機(jī)床。三角形導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)有對(duì)稱式和不對(duì)稱式兩種。

一般機(jī)床取α=900，重型機(jī)床取α≥900，精密機(jī)床和滾齒機(jī)取α

<900。導(dǎo)軌設(shè)計(jì)（3）燕尾形導(dǎo)軌：承載較大的顛覆力矩，導(dǎo)軌的高度較小，結(jié)構(gòu)緊湊，間隙調(diào)整方便。但剛性較差，加工檢驗(yàn)維修都不大方便。適于受力小、層次多、要求間隙調(diào)整方便的部件。（4）圓柱形導(dǎo)軌：制造方便，工藝性好，但磨損后較難調(diào)整和補(bǔ)償間隙。主要用于受軸向負(fù)荷的導(dǎo)軌。注：“－”為支承面，“－”為導(dǎo)向面，“－”為壓板面

導(dǎo)軌設(shè)計(jì)（二）回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的截面形狀截面形狀有三種：平面環(huán)形、錐面環(huán)形、雙錐面導(dǎo)軌（1）平面環(huán)形導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的機(jī)床，如高速大載荷立式車床等。導(dǎo)軌設(shè)計(jì)（2）錐面環(huán)形導(dǎo)軌能同時(shí)承受軸向力和徑向力，但不能承受較大的顛覆力矩。導(dǎo)向性比平面環(huán)形導(dǎo)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(chǎng)合。導(dǎo)軌設(shè)計(jì)（3）雙錐面環(huán)形導(dǎo)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(huán)形導(dǎo)軌導(dǎo)軌設(shè)計(jì)（三）導(dǎo)軌的組合形式1）雙三角形導(dǎo)軌雙三角形組合導(dǎo)軌不需要鑲條調(diào)整間隙，接觸剛度好；導(dǎo)向性和精度保持性好；工藝性差，加工、檢驗(yàn)和維修不方便。常用于在精度要求較高的機(jī)床中，如絲杠車床、導(dǎo)軌磨床、齒輪磨床等。導(dǎo)軌設(shè)計(jì)2）雙矩形導(dǎo)軌寬式組合：兩條導(dǎo)軌的外側(cè)導(dǎo)向窄式組合：一條導(dǎo)軌的兩側(cè)導(dǎo)向承載能力大，制造簡(jiǎn)單。側(cè)導(dǎo)向面需要用鑲條調(diào)整間隙；常用于在普通精度機(jī)床和重型機(jī)床中，如重型車床、組合機(jī)床、升降臺(tái)銑床等。

導(dǎo)向方式寬式組合窄式組合導(dǎo)軌設(shè)計(jì)3）三角形和矩形導(dǎo)軌組合矩形和三角形組合導(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。4）燕尾形和矩形導(dǎo)軌的組合這類組合的導(dǎo)軌能承受較大力矩，調(diào)整方便；常用于橫梁、立柱、搖臂導(dǎo)軌中。導(dǎo)軌設(shè)計(jì)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)（四）導(dǎo)軌間隙的調(diào)整

導(dǎo)軌面間的間隙對(duì)機(jī)床工作性能有直接影響，如果間隙過大，經(jīng)影響運(yùn)動(dòng)精度和平穩(wěn)性；間隙過小，運(yùn)動(dòng)阻力大，導(dǎo)軌的磨損加快。因此必須保證導(dǎo)軌具有合理間隙，磨損后又能方便地調(diào)整，導(dǎo)軌常用壓板、鑲條條來調(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。（2）鑲條：調(diào)整矩形導(dǎo)軌和燕尾形導(dǎo)軌的側(cè)向間隙。常用的鑲條有平鑲條和斜鑲條兩種。

導(dǎo)軌設(shè)計(jì)1）壓板

采用壓板，調(diào)整輔助導(dǎo)軌面間隙，承受顛覆力矩。

圖a：通過精磨或刮削壓板厚度調(diào)整間隙。

圖b：通過改變墊片層數(shù)和墊片厚度調(diào)整間隙。圖c：通過壓板和導(dǎo)軌間的平鑲條調(diào)節(jié)間隙。

采用鑲條來調(diào)整矩形導(dǎo)軌和燕尾導(dǎo)軌的側(cè)面間隙。鑲條應(yīng)裝在導(dǎo)軌受力較小的一側(cè)，以提高剛度。

圖a、圖b：平鑲條較薄，全長(zhǎng)只由幾個(gè)螺釘調(diào)整間隙，鑲條在幾個(gè)點(diǎn)上受力，因此鑲條易變形，剛度較低。圖c：間隙調(diào)整后，再擰緊緊固螺栓。平鑲條調(diào)整方便。

2）平鑲條導(dǎo)軌設(shè)計(jì)3）斜鑲條導(dǎo)軌設(shè)計(jì)

沿其長(zhǎng)度方向有一定斜度，靠縱向位移使其兩個(gè)側(cè)面分別與動(dòng)導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌接觸，以調(diào)整導(dǎo)軌間隙，常用斜度在1∶40～1∶100之間。在全長(zhǎng)上兩個(gè)面分別同動(dòng)導(dǎo)軌和固定導(dǎo)軌均勻接觸；支承面積與調(diào)整位置無關(guān)；剛度比平鑲條高，但加工困難。斜鑲條結(jié)構(gòu)

調(diào)整方式：將動(dòng)導(dǎo)軌的一面做成與鑲條斜度相同，方向相反的斜面，通過斜面配合，縱向移動(dòng)鑲條來調(diào)整導(dǎo)軌橫向間隙。

圖a：用螺釘推動(dòng)鑲條縱向移動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便。

缺點(diǎn)：螺釘?shù)耐辜绾丸倵l溝槽間的間隙會(huì)引起鑲條在運(yùn)動(dòng)中竄動(dòng)。導(dǎo)軌設(shè)計(jì)

圖b：用雙螺釘調(diào)節(jié)，能避免鑲條竄動(dòng)，性能較好。

圖c：將螺釘凸肩變?yōu)閹A柱銷的調(diào)整套，圓柱銷與圓孔配作，通過配合精度控制鑲條的竄動(dòng)。調(diào)整方便，但縱向尺寸較長(zhǎng)。導(dǎo)軌設(shè)計(jì)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)三、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)類型及特點(diǎn)（一）滑動(dòng)導(dǎo)軌滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦屬于具有一定動(dòng)壓效應(yīng)的混合摩擦狀態(tài)。導(dǎo)軌的動(dòng)壓效應(yīng)主要與導(dǎo)軌的摩擦速度、潤(rùn)滑油粘度、導(dǎo)軌面的油溝尺寸和形式等有關(guān)。速度較高的主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，應(yīng)合理設(shè)計(jì)油溝形式和尺寸，選擇合適粘度的潤(rùn)滑油，以產(chǎn)生較好的動(dòng)壓效果。

優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便和抗振性好。

缺點(diǎn)是磨損快。為提高耐磨性，廣泛采用塑料導(dǎo)軌和鑲鋼導(dǎo)軌。塑料導(dǎo)軌使用粘結(jié)法或涂層法覆蓋在導(dǎo)軌面上。通常對(duì)長(zhǎng)導(dǎo)軌用噴涂法、對(duì)短導(dǎo)軌用粘結(jié)法。導(dǎo)軌設(shè)計(jì)滑動(dòng)導(dǎo)軌四種類型：粘貼塑料軟帶導(dǎo)軌（聚四氟乙烯；受力后變形）金屬塑料復(fù)合導(dǎo)軌（鋼板、多孔青銅顆粒、聚四氟乙烯層；可提高導(dǎo)軌板的導(dǎo)熱性）塑料涂層（環(huán)氧涂層、含氟涂層和HNT耐磨涂層）鑲鋼導(dǎo)軌（分段鑲嵌）（二）靜壓導(dǎo)軌

靜壓導(dǎo)軌是依靠液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的壓力油，形成承載油膜的導(dǎo)軌

靜壓導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)：

①摩擦系數(shù)小，機(jī)械效率高；②導(dǎo)軌面被油膜隔開，不產(chǎn)生粘結(jié)磨損，導(dǎo)軌精度保持好；③導(dǎo)軌的油膜較厚，有均化表面誤差的作用；④油膜的阻尼比大，導(dǎo)軌的抗振性能良好；⑤導(dǎo)軌低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，防爬行性能良好。

靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要一套完整的液壓系統(tǒng)。

工作原理能夠?qū)⒕哂幸欢▔簭?qiáng)的潤(rùn)滑油，經(jīng)節(jié)流器通入動(dòng)導(dǎo)軌的縱向油槽中，形成承載油膜，使導(dǎo)軌副的摩擦面隔開，實(shí)現(xiàn)液體摩擦。導(dǎo)軌設(shè)計(jì)（三）卸荷導(dǎo)軌卸荷導(dǎo)軌的目的：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。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，其中液壓和機(jī)械卸荷應(yīng)用較多。采用液壓卸荷導(dǎo)軌的機(jī)床有：立式車床、龍門刨床、外圓磨床和平面磨床等。采用機(jī)械卸荷導(dǎo)軌的機(jī)床有普通車床、立式車床、臥式鏜床、坐標(biāo)鏜床和仿形銑床等。導(dǎo)軌設(shè)計(jì)卸荷導(dǎo)軌剛度合適的彈簧導(dǎo)軌設(shè)計(jì)（四）滾動(dòng)導(dǎo)軌滾動(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，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??；摩擦發(fā)熱少；磨損小；精度保持性好；低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，一般沒有爬行現(xiàn)象；移動(dòng)精度和定位精度高；滾動(dòng)導(dǎo)軌潤(rùn)滑簡(jiǎn)單；維護(hù)方便；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。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。導(dǎo)軌設(shè)計(jì)滾珠導(dǎo)軌滾珠導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)緊湊，容易制造，成本較低導(dǎo)軌表面屬于點(diǎn)接觸，剛度低，承載能力較小適用于載荷較小的機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計(jì)滾柱導(dǎo)軌承載能力和剛度都比滾珠導(dǎo)軌大；應(yīng)用：載荷較大的機(jī)床，應(yīng)用最廣泛；對(duì)導(dǎo)軌不平行度（扭曲）要求較高，否則要造成滾柱的偏移和側(cè)向滑動(dòng)，使導(dǎo)軌磨損加劇和降低精度。因此，滾柱最好做成腰鼓形，中間直徑比兩端大0.02mm左右。導(dǎo)軌設(shè)計(jì)滾針導(dǎo)軌滾針導(dǎo)軌的特點(diǎn)是滾針直徑小，導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)緊湊；與滾柱導(dǎo)軌相比，在同樣長(zhǎng)度內(nèi)可以排列更多的滾針，因而承載能力較大，但摩擦力大一些。適用于結(jié)構(gòu)尺寸受限制的場(chǎng)合。導(dǎo)軌設(shè)計(jì)（2）按循環(huán)方式循環(huán)式滾動(dòng)導(dǎo)軌：滾動(dòng)體傳運(yùn)過程中沿自己的工作軌道和返回軌道作連續(xù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)部件的行程不受限制。這種結(jié)構(gòu)裝配和使用都很方便，防護(hù)可靠，應(yīng)用廣泛。非循環(huán)式滾動(dòng)導(dǎo)軌：滾動(dòng)體在運(yùn)行過程中不循環(huán)，行程有限，運(yùn)行中滾動(dòng)體始終同導(dǎo)軌面保持接觸導(dǎo)軌設(shè)計(jì)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)（五）導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)1）導(dǎo)軌的技術(shù)要求（1）導(dǎo)軌的精度（2）導(dǎo)軌的硬度（3）導(dǎo)軌的穩(wěn)定性導(dǎo)軌的幾何精度導(dǎo)軌的直線度導(dǎo)軌之間的相互位置精度導(dǎo)軌副的接觸精度導(dǎo)軌的表面粗糙度導(dǎo)軌設(shè)計(jì)2）滑動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)

滑動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)主要內(nèi)容如下：選擇滑動(dòng)導(dǎo)軌的類型和截面形狀；根據(jù)機(jī)床的工作條件、使用性能，選擇出合適的導(dǎo)軌類型；選擇合適的導(dǎo)軌材料、熱處理方法，保證導(dǎo)軌耐磨性和使用壽命；進(jìn)行滑動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算；設(shè)計(jì)導(dǎo)軌調(diào)整間隙裝置和補(bǔ)償方法；設(shè)計(jì)潤(rùn)滑、防護(hù)系統(tǒng)裝置；制定出導(dǎo)軌制造加工、裝配的技術(shù)要求。導(dǎo)軌設(shè)計(jì)3）滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)

直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副和滾動(dòng)導(dǎo)軌塊基本上已經(jīng)系列化、規(guī)格化和模塊化。用戶可根據(jù)需要進(jìn)行外購。滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)導(dǎo)軌的工作條件、受力情況、使用壽命等要求（載荷、精度、速度），選擇直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副或滾動(dòng)導(dǎo)軌塊的類型、數(shù)量，并進(jìn)行合理的配置。（一）合理選擇導(dǎo)軌的材料和熱處理方法

要求：耐磨性好、工藝性好、成本低。常用的導(dǎo)軌材料有鑄鐵、鋼、非鐵金屬和塑料，其中鑄鐵應(yīng)用最為普遍。為了提高耐磨性和防止咬焊，動(dòng)導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌應(yīng)盡量采用不同的材料。如果選用相同的材料，也應(yīng)采取不同的熱處理方法使其具有不同的硬度。四、提高導(dǎo)軌精度、剛度和耐磨性的措施導(dǎo)軌設(shè)計(jì)（二）合理的導(dǎo)軌預(yù)緊

對(duì)于精度要求較高、受力大小和方向變化較大的場(chǎng)合，滾動(dòng)導(dǎo)軌應(yīng)預(yù)緊。合理地將滾動(dòng)導(dǎo)軌預(yù)緊可以提高其承載能力、運(yùn)動(dòng)精度和剛度。（三）良好的導(dǎo)軌潤(rùn)滑和防護(hù)

導(dǎo)軌的良好潤(rùn)滑和可靠防護(hù)，可以降低摩擦力，減少磨損，降低溫度和防止生銹，延長(zhǎng)壽命。

采用專門的供油系統(tǒng)，自動(dòng)和強(qiáng)制潤(rùn)滑。根據(jù)工作條件和潤(rùn)滑方式，選擇合適粘度的潤(rùn)滑油。導(dǎo)軌設(shè)計(jì)（四）減少導(dǎo)軌的磨損導(dǎo)軌設(shè)計(jì)

磨損是由于導(dǎo)軌接合面在一定壓力作用下直接接觸并相對(duì)運(yùn)動(dòng)而造成的。

采用靜壓導(dǎo)軌；加大導(dǎo)軌接觸面和減輕負(fù)荷辦法來降低導(dǎo)軌面的壓力。采用卸荷導(dǎo)軌是減輕導(dǎo)軌負(fù)荷、降低壓力的好方法。

摩擦面上壓力分布均勻，盡量減少扭轉(zhuǎn)力矩顛覆力矩，導(dǎo)軌的形狀尺寸要盡可能對(duì)集中載荷對(duì)稱。

采用可以自動(dòng)調(diào)節(jié)間隙的三角形導(dǎo)軌，采用鑲條、壓板結(jié)構(gòu)，定期調(diào)整、補(bǔ)償。機(jī)床部件設(shè)計(jì)第3章機(jī)床部件設(shè)計(jì)3.3機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)一、

機(jī)床刀架的功能、類型和應(yīng)滿足的要求功能：機(jī)床上的刀架用于夾持切削用的刀具。類型：1）按安裝刀具的數(shù)目可分為：?jiǎn)蔚都?、多刀?）按結(jié)構(gòu)形式可分為：四方刀架、轉(zhuǎn)塔刀架、回輪刀架等3）按驅(qū)動(dòng)刀架轉(zhuǎn)位的動(dòng)力分為：手動(dòng)、電動(dòng)、液壓、伺服和動(dòng)力刀架機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)要求：

1）滿足工藝過程的要求2）刀具安裝牢固、位置準(zhǔn)確3）足夠的剛度、可靠性高4）換刀時(shí)間短5）操作方便和安全機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)二、

典型的機(jī)床刀架

（一）臥式車床刀架

逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)手柄1，通過銷子2帶動(dòng)軸套3、4和端面凸輪5回轉(zhuǎn)，抬起定位銷7，繼續(xù)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)手柄1，由銷子8帶動(dòng)四方刀架轉(zhuǎn)位。轉(zhuǎn)位后靠彈簧10將鋼球9壓在刀架坐的圓錐孔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)方刀架粗定位。然后，順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)手柄1，端面凸輪被復(fù)位，定位銷7在彈簧6的作用下，重新插入另一定位孔內(nèi)完成精定位。繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄1，則依靠螺紋夾緊刀架。

機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)（二）轉(zhuǎn)塔車床的轉(zhuǎn)塔刀架

將尾架去掉，安裝能縱向移動(dòng)的多工位轉(zhuǎn)塔刀架，可裝六把刀具。

右圖是半自動(dòng)轉(zhuǎn)塔車床的轉(zhuǎn)塔刀架裝配圖，轉(zhuǎn)塔刀架鞍座1在進(jìn)給油缸活塞2的驅(qū)動(dòng)下沿床身三角形導(dǎo)軌和平導(dǎo)軌作縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)

（三）數(shù)控車床采用的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架

轉(zhuǎn)位時(shí)，微型電機(jī)通過齒輪、蝸桿蝸輪帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，使絲杠螺母連同四方刀架一起上升，使端面齒脫離嚙合。當(dāng)螺母上升到一定高度時(shí)，粗定位銷插入斜面槽，粗定位開關(guān)發(fā)信號(hào)，停轉(zhuǎn)，控制系統(tǒng)將該位置的編碼與所需刀具編碼加以比較。如相同，則選定此位，控制系統(tǒng)指令電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。由于斜面銷的棘輪作用，方刀架只能下降而不能轉(zhuǎn)動(dòng)，使端面齒輪嚙合（即精定位）。當(dāng)方刀架下降到底后，電動(dòng)機(jī)仍繼續(xù)回轉(zhuǎn)，使方刀架被壓緊。當(dāng)壓緊力（彈簧力）到達(dá)預(yù)定值（一般為切削力的兩倍）時(shí)，壓力開關(guān)發(fā)出停機(jī)信號(hào)，整個(gè)過程結(jié)束。機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)

（四）數(shù)控車床采用的排刀式刀架

排刀式刀架用于小規(guī)格數(shù)控車床，以加工棒料為主的機(jī)床較為常見。

其結(jié)構(gòu)形式為夾持著各種不同用途刀具的刀夾沿著機(jī)床的X坐標(biāo)軸方向排列在橫向滑板或一種稱之為快換臺(tái)板（圖b）上。

特點(diǎn)是在使用時(shí)刀具布置和機(jī)床調(diào)整都比較方便。

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，但它僅適用于加工直徑小于100mm的車床。

機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)

（五）數(shù)控車床采用的12刀位的回轉(zhuǎn)刀架機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)

（五）數(shù)控車床采用的12刀位的回轉(zhuǎn)刀架

圖示為轉(zhuǎn)塔刀架處于夾緊狀態(tài)。當(dāng)?shù)都芙邮盏睫D(zhuǎn)位指令后，液壓油進(jìn)入液壓缸的右腔，通過活塞推動(dòng)中心軸2將刀盤3左移，使定位副端齒盤4和5脫離嚙合狀態(tài)，為轉(zhuǎn)位做好準(zhǔn)備。當(dāng)?shù)侗P處于完全脫開位置時(shí)，行程開關(guān)S2發(fā)出轉(zhuǎn)位信號(hào)，液壓發(fā)達(dá)帶動(dòng)轉(zhuǎn)位圓柱分度凸輪6旋轉(zhuǎn)（見右圖），凸輪依次推動(dòng)7上的柱銷8使回轉(zhuǎn)盤通過鍵帶動(dòng)中心軸及刀盤作分度動(dòng)作。凸輪每轉(zhuǎn)一周撥過一個(gè)柱銷，使刀盤旋轉(zhuǎn)一個(gè)工位。中心軸的尾部裝著一個(gè)有12個(gè)齒的凸輪，每當(dāng)中心軸和刀盤轉(zhuǎn)過一個(gè)工位時(shí)，凸輪壓合計(jì)數(shù)開關(guān)S1一次，開關(guān)將此信號(hào)送入控制系統(tǒng)。當(dāng)?shù)侗P旋轉(zhuǎn)到預(yù)定工位時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)使液壓馬達(dá)剎車，轉(zhuǎn)位凸輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，刀架處于預(yù)定位狀態(tài)。與此同時(shí)液壓缸1左腔進(jìn)油，通過活塞將中心軸和刀盤拉回，端齒盤副你和精定位。刀盤便完成精定位和夾緊動(dòng)作。刀盤夾緊后中心軸尾部將S2壓下發(fā)出轉(zhuǎn)位結(jié)束信號(hào)。

機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)（六）數(shù)控車床采用的電動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)（六）數(shù)控車床采用的電動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架圖示位置是轉(zhuǎn)塔刀架的夾緊位置。當(dāng)轉(zhuǎn)塔刀架接到轉(zhuǎn)位指令后，電動(dòng)機(jī)10通過齒輪帶動(dòng)行星輪系桿9旋轉(zhuǎn)，再通過中央支承軸8帶動(dòng)套5轉(zhuǎn)動(dòng)，套5沿圓周方向均布3個(gè)夾緊輪4，此時(shí)夾緊輪沿著下定位齒盤3上的凸輪槽移動(dòng)，當(dāng)夾緊輪進(jìn)入槽中的凹部時(shí)，將使下齒盤向右移動(dòng)，從而使上、下定位齒盤脫離嚙合，完成轉(zhuǎn)塔打開動(dòng)作（圖c）。接著套5帶著夾緊輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)與轉(zhuǎn)塔頭連在一起的套7同步轉(zhuǎn)動(dòng)（圖b），進(jìn)行分度轉(zhuǎn)位工作。與轉(zhuǎn)塔頭相連作同步運(yùn)動(dòng)的桿6帶動(dòng)同步帶帶輪12并通過同步帶帶動(dòng)編碼器11同步旋轉(zhuǎn)，將位置信號(hào)反饋給機(jī)床控制系統(tǒng)。當(dāng)達(dá)到預(yù)選位置時(shí)，電磁鐵13動(dòng)作，將預(yù)定位桿14向左推出，使預(yù)定位銷2進(jìn)入轉(zhuǎn)塔的預(yù)定位套1中（圖b）。當(dāng)預(yù)定位銷到位后，接近開關(guān)發(fā)出信號(hào)使電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，并立即進(jìn)行反轉(zhuǎn)，使夾緊套帶動(dòng)夾緊輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將下端定位齒盤3向右移動(dòng)，上、下齒盤嚙合（精定位），靠下齒盤凸輪槽中的凸起部分夾緊轉(zhuǎn)塔。

特點(diǎn)是靠移動(dòng)下端齒盤來完成打開動(dòng)作，整個(gè)過程轉(zhuǎn)塔不抬起。機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)三、

機(jī)床刀架的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)和定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

（一）

轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)1.液壓（氣動(dòng)）驅(qū)動(dòng)的活塞齒條齒輪轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)

液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)調(diào)速范圍大、緩沖制動(dòng)容易，轉(zhuǎn)位速度可調(diào)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)尺寸較小，應(yīng)用較廣泛。轉(zhuǎn)位角度大小可由活塞桿上的限位擋塊來調(diào)整。

氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，速度可調(diào)，但運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)，有沖擊，結(jié)構(gòu)尺寸大，驅(qū)動(dòng)力小，多用在非金屬切削的自動(dòng)化機(jī)械和自動(dòng)線的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)中。

機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)2.圓柱凸輪步進(jìn)式轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)

轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)依靠凸輪輪廓強(qiáng)制刀架作轉(zhuǎn)位運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)規(guī)律完全取決于凸輪輪廓形狀。

轉(zhuǎn)位速度高，精度較低，運(yùn)動(dòng)特性可以自由設(shè)計(jì)選取，但制造較困難、成本較高、結(jié)構(gòu)尺寸較大。

可通過控制系統(tǒng)中的邏輯電路或PLC程序自動(dòng)選擇回轉(zhuǎn)方向，縮短轉(zhuǎn)位輔助時(shí)間。

機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)3.伺服電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的刀架轉(zhuǎn)位

采用直線（或交流）伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸桿、蝸輪（消除間隙）實(shí)現(xiàn)刀架轉(zhuǎn)位。轉(zhuǎn)位的速度和角位移均通過半閉環(huán)反饋進(jìn)行精確控制加以實(shí)現(xiàn)。機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)(二）定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

刀架的定位機(jī)構(gòu)中多采用錐銷定位和端面齒盤定位1.圓錐銷定位

圓錐銷進(jìn)入定位孔靠彈簧力或液壓、氣動(dòng)，磨損后可以消除間隙，定位精度較高。2.端面齒盤定位

端面齒盤定位由兩個(gè)齒形相同的端面齒盤相嚙合而成；

齒形角有90°和60°兩種，齒盤的齒數(shù)z應(yīng)根據(jù)所要求的分度數(shù)以及齒盤外徑D的大小來確定。

優(yōu)點(diǎn)：定位精度高、重復(fù)定位精度好、定位剛性好、承載能力大機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)四、

帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置

加工中心和車削中心是由機(jī)械設(shè)備與數(shù)控系統(tǒng)組成，適用復(fù)雜零件加工的高效、高精度的自動(dòng)化機(jī)床?？裳b若干把刀具，能自動(dòng)更換刀具，在一次裝夾中，完成銑、鏜、車、鉆、擴(kuò)、鉸、攻螺紋等的加工。

在加工中心或車削中心中，為實(shí)現(xiàn)多工序連續(xù)加工，可進(jìn)行刀具選擇與交換的裝置稱為自動(dòng)換刀裝置。主要的組成是刀庫、機(jī)械手和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等。機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)（一）加工中心和車削中心自動(dòng)換刀裝置的發(fā)展趨勢(shì)：高速、可靠，追求的目標(biāo)是換刀時(shí)間盡量短，以換取加工中心和車削中心的高效性；簡(jiǎn)單實(shí)用、造價(jià)低、使用可靠，但換刀速度不快；刀庫向大容量和省地化方向發(fā)展；制造廠家的專門化。機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)自動(dòng)換刀裝置的分類直接換刀方式：刀庫移位方式和刀庫固定方式機(jī)械手換刀方式：公用換刀機(jī)械手方式和專用（多個(gè)）機(jī)械手換刀方式轉(zhuǎn)塔頭方式

轉(zhuǎn)塔頭式的換刀方式，電動(dòng)機(jī)、變速箱、轉(zhuǎn)塔頭做成一體，結(jié)構(gòu)緊湊，但變速箱工作時(shí)的振動(dòng)和熱量都直接傳到轉(zhuǎn)塔上來，而且每把刀都需要一個(gè)主軸，所以它的刀具數(shù)量、尺寸、結(jié)構(gòu)都受到很多限制。機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)無機(jī)械手換刀

如圖所示刀庫設(shè)在主軸箱上。無機(jī)械手換刀因沒有機(jī)械手，所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)

無機(jī)械手換刀過程：采用單獨(dú)存儲(chǔ)刀具的刀庫，刀具數(shù)量可以增多，以滿足加工復(fù)雜零件的需要，這時(shí)的加工中心只需一個(gè)夾持刀具進(jìn)行切削的主軸，所以制造難度也比轉(zhuǎn)塔刀架低。小型加工中心有采用無機(jī)械手換刀的方式，如圖所示。它的刀庫在立柱的正前方上部，刀庫中刀具的存放方向與主軸方向一致。換刀時(shí)主軸箱帶著主軸沿立柱導(dǎo)軌上升至換刀位置，主軸的刀具正好進(jìn)入刀庫的某一個(gè)刀具存放位置（刀具被夾持?。?。隨后主軸內(nèi)夾刀機(jī)構(gòu)松開，刀庫順著主軸方向向前移動(dòng)，從主軸中拔出刀具，然后刀庫回轉(zhuǎn)，將下一步所需的刀具，轉(zhuǎn)到與主軸對(duì)齊的位置；刀庫退回，將新刀具插入主軸中，刀具隨即被夾緊，主軸箱下移，開始新的加工。這種自動(dòng)換刀系統(tǒng)，刀庫整體前后移動(dòng)不僅刀具數(shù)量少（30把），而且刀具尺寸也較小。這種刀庫旋轉(zhuǎn)是在工步與工步之間進(jìn)行的，即旋轉(zhuǎn)所需的輔助時(shí)間與加工時(shí)間不重合。機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)(一）

數(shù)控車床的自動(dòng)換刀裝置

數(shù)控車床的自動(dòng)換刀裝置主要采用回轉(zhuǎn)刀盤，刀盤上安裝8-12把刀。

圖示為一個(gè)刀架上的回轉(zhuǎn)刀盤，刀具與主軸中心平行安裝?；剞D(zhuǎn)刀盤既有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又有縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。a)機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)圖b所示為刀盤中心線相對(duì)于主軸中心線傾斜的回轉(zhuǎn)刀盤，刀盤上有6-8個(gè)刀位，每個(gè)刀位上可裝兩把刀具，分別加工外圓和內(nèi)孔。圖c所示為裝有兩個(gè)刀盤的數(shù)控車床，刀盤1的回轉(zhuǎn)中心線與主軸中心線平行，用于加工外圓；刀盤2的回轉(zhuǎn)中心線與主軸中心線垂直，用以加工內(nèi)表面。b)c)機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)

圖d所示為安裝有刀庫的數(shù)控車床，刀庫可以是回轉(zhuǎn)式或鏈?zhǔn)?，通過機(jī)械手交換刀具。

圖e所示為帶鼓輪式刀庫的數(shù)控車床，回轉(zhuǎn)刀盤3上裝有多把刀具，鼓輪式刀庫4上可裝6-8把刀具，機(jī)械手5可將刀庫中的刀具轉(zhuǎn)換到刀具轉(zhuǎn)盤6上去，刀具轉(zhuǎn)軸6可由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)進(jìn)行銑削加工，回轉(zhuǎn)頭7可交換采用回轉(zhuǎn)刀盤3和刀具轉(zhuǎn)軸6，輪番進(jìn)行加工。機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)（二）

加工中心的自動(dòng)換刀裝置

具有鉆、鏜、銑功能的數(shù)控鏜銑床，為了使工件能在一次安裝中實(shí)現(xiàn)工序高度集中、加工完最多的工件表面，且盡量節(jié)省輔助時(shí)間，一般在其上配置刀庫，并由機(jī)械手進(jìn)行自動(dòng)換刀，形成帶自動(dòng)交換刀具裝置的數(shù)控鏜銑床，通稱加工中心。

采用單獨(dú)存儲(chǔ)刀具的刀庫，刀具數(shù)量可以增多，以滿足加工復(fù)雜零件的需要，這時(shí)的加工中心只需一個(gè)夾持刀具進(jìn)行切削的主軸，所以制造難度也比轉(zhuǎn)塔刀架低。

加工中心上刀庫類型：鼓輪式刀庫、鏈?zhǔn)降稁?、格子箱式刀庫和直線式刀庫

機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)鼓輪式刀庫

鼓輪式刀庫刀具軸線與鼓輪軸線平行（或垂直或成銳角）。這種刀庫結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，應(yīng)用較多。但因刀具單環(huán)排列、定向利用率低，若為大容量刀庫則外徑將較大、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大、選刀運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)。

刀庫容量較小，一般不超過32把刀具。機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)鏈?zhǔn)降稁?/p>

鏈?zhǔn)降稁烊萘枯^大，當(dāng)采用多環(huán)鏈?zhǔn)降稁鞎r(shí)，刀庫外形較緊湊，占用空間較小。適用于大容量的刀庫，在增加存儲(chǔ)刀具數(shù)目時(shí)，可增加鏈條長(zhǎng)度，而無需增加鏈輪直徑。因此，鏈輪的圓周速度不會(huì)增加，且刀庫的運(yùn)動(dòng)慣量不像鼓輪式刀庫增加得那樣多。機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)格子箱刀庫

格子箱刀庫容量較大，結(jié)構(gòu)緊湊，空間利用率高，但布局不靈活，通常將刀庫安放于工作臺(tái)上。有時(shí)甚至在使用一側(cè)的刀具時(shí)，必須更換另一側(cè)的刀座板。機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)（三）

鏈?zhǔn)降稁斓臉?gòu)成1、鏈?zhǔn)降稁斓念愋?/p>

鏈?zhǔn)降稁焓悄壳坝玫米疃嗟囊环N形式，由一個(gè)主動(dòng)鏈輪，帶動(dòng)裝有刀座的鏈條。

下圖為方形鏈?zhǔn)降稁斓牡湫徒Y(jié)構(gòu)示意圖。主動(dòng)鏈輪由直流（交流）伺服電動(dòng)機(jī)通過蝸桿、蝸輪減速裝置驅(qū)動(dòng)（根據(jù)結(jié)構(gòu)需要有時(shí)還可加一對(duì)齒輪副）。導(dǎo)向輪一般都作成光輪，圓周表面硬化處理，兼起張緊輪作用的左側(cè)有兩個(gè)導(dǎo)向輪，其輪座必須帶導(dǎo)向槽（或?qū)蜴I），以免松開螺釘時(shí)輪座位置歪扭，給張緊調(diào)節(jié)帶來麻煩。機(jī)床刀架和自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)

鏈?zhǔn)降稁斓慕Y(jié)構(gòu)形式