机床主要部件的设计.ppt

第三章 机床主要部件的设计第一节 主轴组件设计一、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1 1、旋转精度、旋转精度2 2、静刚度、静刚度3 3、动刚度、动刚度4 4、温升与热变形、温升与热变形5 5、精度保持性、精度保持性第一节 主轴组件设计二、主轴滚动轴承二、主轴滚动轴承优点优点：（1 1）足够的刚度、高旋转精度、变转速和变载荷）足够的刚度、高旋转精度、变转速和变载荷 下工作平稳；下工作平稳；（2 2）质量稳定、成本低、经济性好；）质量稳定、成本低、经济性好；（3 3）容易润滑。）容易润滑。缺点：缺点：（1 1）旋转中径向刚度变化大；）旋转中径向刚度变化大；（2 2）摩擦力大，阻尼小；）摩擦力大，阻尼小；（3 3）径向尺寸大）径向尺寸大1 1、轴承的特点、轴承的特点二、主轴滚动轴承（续）二、主轴滚动轴承（续）2 2、主轴滚动轴承的类型选择、主轴滚动轴承的类型选择（1 1）双列圆柱）双列圆柱滚子轴承滚子轴承（2 2）双列推力）双列推力角接触球轴承角接触球轴承二、主轴滚动轴承（续）二、主轴滚动轴承（续）2 2、主轴滚动轴承的类型选择、主轴滚动轴承的类型选择（3 3）角接）角接触球轴承触球轴承二、主轴滚动轴承（续）二、主轴滚动轴承（续）2 2、主轴滚动轴承的类型选择、主轴滚动轴承的类型选择角接触角接触球轴承球轴承组合组合二、主轴滚动轴承（续）二、主轴滚动轴承（续）2 2、主轴滚动轴承的类型选择、主轴滚动轴承的类型选择（4 4）双）双列圆锥列圆锥滚子轴滚子轴承承二、主轴滚动轴承（续）二、主轴滚动轴承（续）3 3、轴承的精度选择、轴承的精度选择应采用应采用P2P2、P4P4、P5P5级和级和SPSP、UPUP级级 （1）切削力方向固定不变的主轴，旋转精度决定于轴）切削力方向固定不变的主轴，旋转精度决定于轴承内圈径向跳动。承内圈径向跳动。（2）切削力方向随主轴旋转同步变化的主轴，旋转精）切削力方向随主轴旋转同步变化的主轴，旋转精度决定于外圈径向跳动。度决定于外圈径向跳动。（3）前轴承的精度对主轴的影响较大，前轴承的精度）前轴承的精度对主轴的影响较大，前轴承的精度应比后轴承高一级。（理论证明略）应比后轴承高一级。（理论证明略）二、主轴滚动轴承（续）二、主轴滚动轴承（续）3 3、轴承的精度选择、轴承的精度选择应采用应采用P2P2、P4P4、P5P5级和级和SPSP、UPUP级级 （3）前轴承的精度对）前轴承的精度对主轴的影响较大，前轴主轴的影响较大，前轴承的精度应比后轴承高承的精度应比后轴承高一级一级二、主轴滚动轴承（续）二、主轴滚动轴承（续）4 4、轴承刚度、轴承刚度 滚动轴承的刚度随载荷的增加而增大。滚动轴承的刚度随载荷的增加而增大。线接触轴承的刚度可忽略预紧载荷；点接触线接触轴承的刚度可忽略预紧载荷；点接触轴承，计算刚度时应考虑预紧力。轴承，计算刚度时应考虑预紧力。三、主轴三、主轴1 1、结构及材质选择、结构及材质选择结构：空心阶梯轴结构：空心阶梯轴材料：淬火钢或渗碳淬火钢，高频淬硬。材料：淬火钢或渗碳淬火钢，高频淬硬。2 2、技术要求、技术要求(略略)三、主轴三、主轴2 2、技术要求、技术要求四、主轴组件四、主轴组件1 1、传动方式、传动方式（1 1）带）带 传传 动：动：结构简单，中心距调整方便，结构简单，中心距调整方便，噪声低，平稳，适于高速。（噪声低，平稳，适于高速。（V V带、多楔带和带、多楔带和同步带）同步带）（2 2）齿轮传动：）齿轮传动：传递大扭矩，结构紧凑，适合传递大扭矩，结构紧凑，适合于变速传动。于变速传动。（3 3）电机直接驱动：）电机直接驱动：异步电机异步电机+连轴器、变频连轴器、变频调速电机、电主轴等形式。调速电机、电主轴等形式。四、主轴组件四、主轴组件2 2、传动件的布置、传动件的布置（1 1）带轮通常安装在后支承的外侧）带轮通常安装在后支承的外侧（2 2）齿轮位于两支承之间则尽量使大齿轮靠近前）齿轮位于两支承之间则尽量使大齿轮靠近前支承支承（3 3）齿轮位于后支承外侧）齿轮位于后支承外侧（4 4）齿轮外增设辅助支承）齿轮外增设辅助支承四、主轴组件四、主轴组件3 3、主轴的轴向定位、主轴的轴向定位（1 1）前端定位前端定位：适于轴：适于轴向精度和刚度高的高精度向精度和刚度高的高精度机床合数控机床；机床合数控机床；（2 2）后端定位后端定位：适于轴：适于轴向精度不高的普通机床，向精度不高的普通机床，卧车、立铣等；卧车、立铣等；（3 3）两端定位两端定位：用于短：用于短主轴或轴向间隙变化不影主轴或轴向间隙变化不影响工作的机床，如钻床、响工作的机床，如钻床、组合机床等。组合机床等。五、主轴主要尺寸参数的确定（略）五、主轴主要尺寸参数的确定（略）第二节 支承件设计一、支承件应满足的基本要求1 1、足够的刚度和较高的固有频率、足够的刚度和较高的固有频率2 2、良好的动态特性、良好的动态特性3 3、结构合理，形状稳定，热变形小、结构合理，形状稳定，热变形小4 4、排屑通畅，工艺性好，成本低、排屑通畅，工艺性好，成本低二、支承件受力分析1、中小型机床：以切削力为主；2、精密和高精度机床：以移动部件的重量和热应力为主；3、大型机床：工件重力、移动部件重力和切削力模型简化：模型简化：1 1、梁或柱、梁或柱 2 2、板、板 3 3、箱体、箱体三、支承件结构设计截面形状选择1、空心薄壁大截面支承件刚度大；2、方截面抗弯强度高于圆截面，抗扭刚度低于圆截面；3、不封闭截面刚度远小于封闭截面刚度，抗扭刚度下降大。三、支承件结构设计截面形状选择四、提高支承件静刚度的措施1、隔板和加强筋四、提高支承件静刚度的措施2、开口后的刚度补偿3、提高接触刚度五、支承件的材料1、铸 3、预应力钢筋混凝土2、钢材 4、树脂混凝土六、提高支承件动刚度2、提高动刚度措施：（1）提高静刚度和固有频率 （2）增加阻尼1、机床的常见振动：（1）整机摇晃振动 （2）结合面间的相对振动 （3）零部件的本体振动六、提高支承件动刚度2、提高动刚度措施：（1）提高静刚度和固有频率 （2）增加阻尼六、提高支承件动刚度2、提高动刚度措施：（1）提高静刚度和固有频率 （2）增加阻尼第三节 导轨设计一、导轨的功用和基本要求1、功用：、功用：支承并引导运动部件沿一定的轨迹运动。支承并引导运动部件沿一定的轨迹运动。（1 1）按运动性质：）按运动性质：主运动导轨：主运动导轨：相对运动速度较高相对运动速度较高 进给运动导轨：进给运动导轨：相对运动速度较低相对运动速度较低 移置导轨：移置导轨：用于调整部件间相对位置，用于调整部件间相对位置，工作中无相对运动工作中无相对运动2、分类：、分类：（2 2）按摩擦性质：）按摩擦性质：滑动导轨：滑动导轨：相对运动速度较高相对运动速度较高,分静压滑分静压滑动导轨和动压滑动导轨；动导轨和动压滑动导轨；静压滑动导轨：多用于高精度机床的进静压滑动导轨：多用于高精度机床的进给导轨；给导轨；动压滑动轴承：适用于高速主运动导轨动压滑动轴承：适用于高速主运动导轨 滚动导轨：滚动导轨：相对运动速度较低相对运动速度较低2、分类（续）：、分类（续）：2、分类（续）：、分类（续）：（3 3）按受力状态：）按受力状态：开式导轨：开式导轨：不能承不能承受颠翻力矩，适用于受颠翻力矩，适用于大型机床的水平导轨；大型机床的水平导轨；闭式导轨：闭式导轨：可以承可以承受较大的颠翻力矩。受较大的颠翻力矩。3、导轨应满足的基本要求、导轨应满足的基本要求（1）导向精度（2）精度保持性（3）刚度（4）低速运动平稳性（5）结构简单，工艺性好二、滑动导轨结构设计1、导轨的截面形状、导轨的截面形状二、滑动导轨结构设计1、导轨的截面形状、导轨的截面形状二、滑动导轨结构设计1、导轨的截面形状、导轨的截面形状优点缺点应用双矩形导轨结构简单，易制造，刚度和承载能力大，安装和调整方便磨损后不能自动应有间隙调整机构补偿普通精度机床、中型机床三角形和矩形导轨组合导向性好、制造方便、刚度高三角形导轨加工困难广泛用于常用机床的床身导轨燕尾形和矩形导轨组合调整方便，承受力矩大。燕尾导轨高度小，可以受倾覆力矩燕尾导轨刚度差，加工、检查、维修不便适用于受力小，结构层次多，间隙调整方便之处，多用于横梁、立柱、摇臂导轨2、导轨间隙调整、导轨间隙调整（1）辅助导轨副间隙调整2、导轨间隙调整、导轨间隙调整（2）矩形导轨和燕尾导轨的间隙调整2、导轨间隙调整、导轨间隙调整（2）矩形导轨和燕尾导轨的间隙调整三、提高滑动导轨耐磨性的措施1、选用合适的材料、选用合适的材料 （1）铸铁）铸铁 （2）钢）钢 （3）塑料）塑料2、导轨面的精加工方、导轨面的精加工方法及其精度法及其精度3、许用压强对耐磨性、许用压强对耐磨性的影响的影响4、润滑剂对耐磨性的、润滑剂对耐磨性的影响影响四、静压导轨优点：优点：摩擦系数低，效率高，精度保持性摩擦系数低，效率高，精度保持性好，精度高，抗振性能好，低速运动平稳，好，精度高，抗振性能好，低速运动平稳，防爬行性能良好。防爬行性能良好。缺点：缺点：结构复杂，需一套液压系统。结构复杂，需一套液压系统。1 1、定义、定义2 2、特点：、特点：五、直线滚动导轨1、概述（1 1）特点：）特点：摩擦系数小，运动平稳，摩擦系数小，运动平稳，不易爬行；精度保持性好；抗振性能不易爬行；精度保持性好；抗振性能差，需有良好的防护措施。差，需有良好的防护措施。（2 2）分类：）分类：循环式和非循环式循环式和非循环式2、工作原理（1 1）直线滚动导轨原理）直线滚动导轨原理2、工作原理（2 2）滚动导轨块原理）滚动导轨块原理3、精度与刚度（1 1）精度）精度1 16 6级，级，1 1级最高级最高（2 2）导轨预紧）导轨预紧4、导轨设计（略）1、爬行现象和机理六、低速运动平稳性1、爬行现象和机理六、低速运动平稳性2、消除爬行的措施（1）减小静动摩擦系数差，改变动摩擦系数随速度增加而减小的特性1 1）滚动代替滑动）滚动代替滑动2 2）液摩擦代替滑动摩擦）液摩擦代替滑动摩擦3 3）减摩材料）减摩材料4 4）专用导轨油）专用导轨油（2）提高传动系统刚度1 1）加大丝杠直径，轴承适度预紧）加大丝杠直径，轴承适度预紧2 2）缩短传动链，合理分配传动比）缩短传动链，合理分配传动比3 3）防止油液混入空气）防止油液混入空气第四节 滚珠丝杠螺母副机构一、工作原理及特点一、工作原理及特点1 1、工作原理、工作原理2 2、特点：、特点：（1 1）传动效率高，摩擦损失小）传动效率高，摩擦损失小（2 2）定位精度高，刚度好）定位精度高，刚度好（3 3）运动平稳，无爬行，传动精度高）运动平稳，无爬行，传动精度高（4 4）有可逆性，丝杠和螺母都可以作为主动件）有可逆性，丝杠和螺母都可以作为主动件（5 5）磨损小，寿命长）磨损小，寿命长（6 6）制造工艺复杂）制造工艺复杂（7 7）不能自锁）不能自锁二、滚珠丝杠副的结构和轴向间二、滚珠丝杠副的结构和轴向间隙调整方法隙调整方法1 1、螺纹滚道法向截面形状及主要尺寸、螺纹滚道法向截面形状及主要尺寸（1 1）单圆弧型面）单圆弧型面（2 2）双圆弧型面）双圆弧型面2 2、滚珠循环方式、滚珠循环方式（1 1）内循环）内循环（2 2）外循环）外循环二、滚珠丝杠副的结构和轴向间隙二、滚珠丝杠副的结构和轴向间隙调整方法调整方法3 3、滚珠丝杠副轴向间隙的调整和施加、滚珠丝杠副轴向间隙的调整和施加预紧力的方法预紧力的方法（1 1）垫片调隙式）垫片调隙式3 3、滚珠丝杠副轴向间隙的调整和施加、滚珠丝杠副轴向间隙的调整和施加预紧力的方法预紧力的方法（2 2）螺纹调隙式）螺纹调隙式3 3、滚珠丝杠副轴向间隙的调整和施加、滚珠丝杠副轴向间隙的调整和施加预紧力的方法预紧力的方法（3 3）齿差调隙式）齿差调隙式三、滚珠丝杠副的精度三、滚珠丝杠副的精度四、滚珠丝杠的设计计算四、滚珠丝杠的设计计算五、稳定性及支承五、稳定性及支承（略）2、支承形式（1 1）两端固定）两端固定（2 2）一端固定，一端游动）一端固定，一端游动（3 3）一端固定，一端自由）一端固定，一端自由1、稳定性