第三章_机床主要部件设计(1)

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1、2022年年6月月1日日本本 章章 讲讲 授授 内内 容容 第一节第一节 主轴组件设计主轴组件设计 第二节第二节 支承件设计支承件设计 第三节第三节 导轨设计导轨设计 第四节第四节 滚珠丝杠螺母副机构简介滚珠丝杠螺母副机构简介第三章第三章 机床主要部件设计机床主要部件设计第一节第一节 主轴组件设计主轴组件设计 组成组成 主轴、支承轴承、传动件、定位元件及密封件。主轴、支承轴承、传动件、定位元件及密封件。 作用作用 支承并带动工件或刀具旋转进行切削；承受切削力和驱支承并带动工件或刀具旋转进行切削；承受切削力和驱动力，完成表面成形运动。动力，完成表面成形运动。第一节第一节 主轴组件设计主轴组件设计

2、 一、主轴组件应满足的基本要求一、主轴组件应满足的基本要求 使用使用 要要 求求 旋转精度旋转精度 刚度刚度 抗振性抗振性 温升和热变性温升和热变性 精度保持性精度保持性 结构结构 要要 求求 工件、刀具的定位装夹工件、刀具的定位装夹 主轴及轴承的定位主轴及轴承的定位 轴承间隙的调整、润滑轴承间隙的调整、润滑与密封与密封 便于制造装配和维修便于制造装配和维修. .旋转精度旋转精度 旋转精度旋转精度 指主轴装配后，在空载、低速转动状态下，安装刀指主轴装配后，在空载、低速转动状态下，安装刀具或工件的主轴部位的径向跳动和轴向跳动。具或工件的主轴部位的径向跳动和轴向跳动。第一节第一节 主轴组件设计主轴

3、组件设计 主轴组件的旋转精度直接影响工件的加工精度。主轴组件的旋转精度直接影响工件的加工精度。 旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔的制造、装配和调整精度。旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔的制造、装配和调整精度。 使用使用 要要 求求第一节第一节 主轴组件设计主轴组件设计 刚度刚度 指主轴组件在外载荷作用下抵抗变形的能力。指主轴组件在外载荷作用下抵抗变形的能力。 2. 2.刚度刚度 刚度的大小刚度的大小 以主轴前端产生单位位移的弹性变形时，在位移以主轴前端产生单位位移的弹性变形时，在位移方向所施加的作用力大小来表示。方向所施加的作用力大小来表示。)(mNFK / / 如图，当主轴外伸端受径向如图，

4、当主轴外伸端受径向作用力作用力F，受力方向上的弹性位受力方向上的弹性位移为移为时，刚度时，刚度K 的表达式的表达式为：为： 主轴主件的刚度不足直接影响零件的加工精度和机主轴主件的刚度不足直接影响零件的加工精度和机床的性能。床的性能。第一节第一节 主轴组件设计主轴组件设计 （2 2）动刚度）动刚度 主轴组件在额定载荷作用下抵抗变形的能力，表主轴组件在额定载荷作用下抵抗变形的能力，表示为示为 Kd =Fd / /d 。 （1 1）静刚度）静刚度 主轴组件在静载荷作用下抵抗变形的能力，表主轴组件在静载荷作用下抵抗变形的能力，表示为示为 Kj =Fj / /j 。 主轴组件的刚度受主轴的尺寸和形状，滚

5、动轴承的类型、数主轴组件的刚度受主轴的尺寸和形状，滚动轴承的类型、数量、预紧和配置形式，传动件的布置方式，主轴组件的制造精度量、预紧和配置形式，传动件的布置方式，主轴组件的制造精度和装配质量等因素影响。和装配质量等因素影响。 第一节第一节 主轴组件设计主轴组件设计 在切削过程中，主轴部件受到静态力的作用，也受到冲击力在切削过程中，主轴部件受到静态力的作用，也受到冲击力和交变力的作用而产生振动。冲击力和交变力是由材料硬度不均和交变力的作用而产生振动。冲击力和交变力是由材料硬度不均匀、加工余量的变化、断续切削、主轴部件不平衡、轴承或齿轮匀、加工余量的变化、断续切削、主轴部件不平衡、轴承或齿轮存在缺

6、陷以及切削过程中的颤振等引起。存在缺陷以及切削过程中的颤振等引起。 抗振性抗振性 是指机床在额定载荷切削时，主轴组件抵抗受迫振动是指机床在额定载荷切削时，主轴组件抵抗受迫振动和自激振动的能力。和自激振动的能力。 3. 3.抗振性抗振性 主轴振动直接影响工件的表面加工质量和刀具的使主轴振动直接影响工件的表面加工质量和刀具的使用寿命，并产生噪声。用寿命，并产生噪声。第一节第一节 主轴组件设计主轴组件设计 热变形热变形 是主轴组件运动时，各相对运动处的摩擦，切削区的是主轴组件运动时，各相对运动处的摩擦，切削区的切削热等使主轴组件的温度升高，造成形状、尺寸及位置变化。切削热等使主轴组件的温度升高，造成

7、形状、尺寸及位置变化。 4. 4.温升和热变形温升和热变形 热变形会引起轴承间隙变化，润滑油粘度降低，影响热变形会引起轴承间隙变化，润滑油粘度降低，影响主轴部件的工作性能，降低加工精度。主轴部件的工作性能，降低加工精度。 精度保持性影响机床使用寿命内的加工精度和工作稳定性。精度保持性影响机床使用寿命内的加工精度和工作稳定性。第一节第一节 主轴组件设计主轴组件设计 精度保持性精度保持性 指主轴组件长期保持其原始制造精度的能力。指主轴组件长期保持其原始制造精度的能力。 5. 5.精度保持性精度保持性 精度保持性精度保持性决定于主轴组件的耐磨性能。影响耐磨性的因素决定于主轴组件的耐磨性能。影响耐磨性

8、的因素有主轴和轴承的材料、热处理方法、轴承类型及润滑防护措施等。有主轴和轴承的材料、热处理方法、轴承类型及润滑防护措施等。 明确：明确： 主轴组件丧失原始制造精度的原因主轴组件丧失原始制造精度的原因磨损。磨损。 如主轴轴承、轴颈表面、装夹工件或刀具的定位表面的磨损。如主轴轴承、轴颈表面、装夹工件或刀具的定位表面的磨损。 结构结构 要要 求求 1 1、可靠定位、可靠定位。 2 2、轴端结构应保证刀具、夹具装卡定位可靠。、轴端结构应保证刀具、夹具装卡定位可靠。 3 3、结构工艺性好。、结构工艺性好。 小结：小结： 在一定载荷与转速下，主轴应带动工件或刀具精确地、在一定载荷与转速下，主轴应带动工件或

9、刀具精确地、稳定地、长期地绕其轴线旋转，且好装、好拆、好修。稳定地、长期地绕其轴线旋转，且好装、好拆、好修。第一节第一节 主轴组件设计主轴组件设计 二、主轴滚动轴承二、主轴滚动轴承 能在转速和载荷变化幅度很大的条件下稳定工作。能在转速和载荷变化幅度很大的条件下稳定工作。 能在无间隙，甚至在预紧（有一定过盈量）的条件下工作。能在无间隙，甚至在预紧（有一定过盈量）的条件下工作。故滚动轴承的摩擦系数小，有利于减小发热。故滚动轴承的摩擦系数小，有利于减小发热。 1. 1.滚动轴承的特点滚动轴承的特点 润滑容易，可以用油脂，一次填装可用到修理时再换脂。润滑容易，可以用油脂，一次填装可用到修理时再换脂。如

10、用油润滑，单位时间用油量也比滑动轴承少。如用油润滑，单位时间用油量也比滑动轴承少。 由专业化的轴承厂生产，质量稳定，成本低，经济性好。由专业化的轴承厂生产，质量稳定，成本低，经济性好。 滚动轴承的不足：滚动轴承的不足： 滚动体数量有限，径向刚度是变化的，易引起振动，阻尼低，滚动体数量有限，径向刚度是变化的，易引起振动，阻尼低，振幅较大。滚动轴承的径向尺寸比滑动轴承大。振幅较大。滚动轴承的径向尺寸比滑动轴承大。第一节第一节 主轴组件设计主轴组件设计 1 1）转速较高，负载不大，而旋转精度要求较高，采用球轴承。转速较高，负载不大，而旋转精度要求较高，采用球轴承。 2 2）转速较低，负载大或有冲击负

11、载，采用滚子轴承。转速较低，负载大或有冲击负载，采用滚子轴承。 3 3）径向载荷和轴向载荷都较大时，如果转速高，采用角接触径向载荷和轴向载荷都较大时，如果转速高，采用角接触球轴承。如果转速不高，采用圆锥滚子轴承。球轴承。如果转速不高，采用圆锥滚子轴承。 2. 2.选择滚动轴承选择的基本原则选择滚动轴承选择的基本原则 4 4）轴向载荷比径向载荷大得多，但转速较低时，采用两种不轴向载荷比径向载荷大得多，但转速较低时，采用两种不同类型的轴承组合，分别承受轴向和径向负载。同类型的轴承组合，分别承受轴向和径向负载。 5 5）径向载荷比轴向载荷大，且转速较高，采用深沟球轴承。径向载荷比轴向载荷大，且转速较