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,1、旋转精度2、静刚度3、动刚度4、温升与热变形5、精度保持性,第一节 主轴组件设计,二、主轴滚动轴承,优点：（1）足够的刚度、高旋转精度、变转速和变载荷 下工作平稳；（2）质量稳定、成本低、经济性好；（3）容易润滑。缺点：（1）旋转中径向刚度变化大；（2）摩擦力大，阻尼小；（3）径向尺寸大,1、轴承的特点,二、主轴滚动轴承（续）,2、主轴滚动轴承的类型选择,（1）双列圆柱滚子轴承（2）双列推力角接触球轴承,二、主轴滚动轴承（续）,2、主轴滚动轴承的类型选择,（3）角接触球轴承,二、主轴滚动轴承（续）,2、主轴滚动轴承的类型选择,角接触球轴承组合,二、主轴滚动轴承（续）,2、主轴滚动轴承的类型选择,（4）双列圆锥滚子轴承,二、主轴滚动轴承（续）,3、轴承的精度选择,应采用P2、P4、P5级和SP、UP级,（1）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。（2）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。（3）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）,二、主轴滚动轴承（续）,3、轴承的精度选择,应采用P2、P4、P5级和SP、UP级,（3）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,二、主轴滚动轴承（续）,4、轴承刚度,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；点接触轴承，计算刚度时应考虑预紧力。,三、主轴,1、结构及材质选择,结构：空心阶梯轴材料：淬火钢或渗碳淬火钢，高频淬硬。,2、技术要求(略),三、主轴,2、技术要求,四、主轴组件,1、传动方式,（1）带 传 动：结构简单，中心距调整方便，噪声低，平稳，适于高速。（V带、多楔带和同步带）（2）齿轮传动：传递大扭矩，结构紧凑，适合于变速传动。（3）电机直接驱动：异步电机+连轴器、变频调速电机、电主轴等形式。,四、主轴组件,2、传动件的布置,（1）带轮通常安装在后支承的外侧（2）齿轮位于两支承之间则尽量使大齿轮靠近前支承（3）齿轮位于后支承外侧（4）齿轮外增设辅助支承,四、主轴组件,3、主轴的轴向定位,（1）前端定位：适于轴向精度和刚度高的高精度机床合数控机床；（2）后端定位：适于轴向精度不高的普通机床，卧车、立铣等；（3）两端定位：用于短主轴或轴向间隙变化不影响工作的机床，如钻床、组合机床等。,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、足够的刚度和较高的固有频率2、良好的动态特性3、结构合理，形状稳定，热变形小4、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：1、梁或柱 2、板 3、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：支承并引导运动部件沿一定的轨迹运动。,（1）按运动性质：主运动导轨：相对运动速度较高 进给运动导轨：相对运动速度较低 移置导轨：用于调整部件间相对位置，工作中无相对运动,2、分类：,（2）按摩擦性质：滑动导轨：相对运动速度较高,分静压滑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给导轨；动压滑动轴承：适用于高速主运动导轨 滚动导轨：相对运动速度较低,2、分类（续）：,2、分类（续）：,（3）按受力状态：开式导轨：不能承受颠翻力矩，适用于大型机床的水平导轨；闭式导轨：可以承受较大的颠翻力矩。,3、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,二、滑动导轨结构设计,1、导轨的截面形状,二、滑动导轨结构设计,1、导轨的截面形状,2、导轨间隙调整,（1）辅助导轨副间隙调整,2、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,（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（1）铸铁（2）钢（3）塑料2、导轨面的精加工方法及其精度3、许用压强对耐磨性的影响4、润滑剂对耐磨性的影响,四、静压导轨,优点：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，防爬行性能良好。缺点：结构复杂，需一套液压系统。,1、定义2、特点：,五、直线滚动导轨,1、概述,（1）特点：摩擦系数小，运动平稳，不易爬行；精度保持性好；抗振性能差，需有良好的防护措施。（2）分类：循环式和非循环式,2、工作原理,（1）直线滚动导轨原理,2、工作原理,（2）滚动导轨块原理,3、精度与刚度,（1）精度16级，1级最高（2）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）滚动代替滑动2）液摩擦代替滑动摩擦3）减摩材料4）专用导轨油,（2）提高传动系统刚度,1）加大丝杠直径，轴承适度预紧2）缩短传动链，合理分配传动比3）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,1、工作原理,2、特点：,（1）传动效率高，摩擦损失小（2）定位精度高，刚度好（3）运动平稳，无爬行，传动精度高（4）有可逆性，丝杠和螺母都可以作为主动件（5）磨损小，寿命长（6）制造工艺复杂（7）不能自锁,二、滚珠丝杠副的结构和轴向间隙调整方法,1、螺纹滚道法向截面形状及主要尺寸,（1）单圆弧型面（2）双圆弧型面,2、滚珠循环方式,（1）内循环（2）外循环,二、滚珠丝杠副的结构和轴向间隙调整方法,3、滚珠丝杠副轴向间隙的调整和施加预紧力的方法,（1）垫片调隙式,3、滚珠丝杠副轴向间隙的调整和施加预紧力的方法,（2）螺纹调隙式,3、滚珠丝杠副轴向间隙的调整和施加预紧力的方法,（3）齿差调隙式,三、滚珠丝杠副的精度,四、滚珠丝杠的设计计算,五、稳定性及支承,（略）,2、支承形式,（1）两端固定（2）一端固定，一端游动（3）一端固定，一端自由,1、稳定性,