第三章机床主要部件设计分解.ppt

导 轨 设 计 粘着磨损与润滑状态有关，干摩擦和半干摩擦状态时，极易产生粘着磨损。 机床导轨应避免粘着磨损。 接触疲劳磨损发生在滚动导轨中。滚动导轨在反复接触应力的作用下，材料表层疲劳，产生点蚀。 同样接触疲劳磨损也是不可避免的，它是滚动导轨、滚珠丝杠的主要失效形式。 导 轨 设 计 3．刚度 导轨承载后的变形，影响部件之间的相对位置和导向精度。因此要求导轨应具有足够的刚度。 导轨的变形包括接触变形、扭转变形以及由于导轨支承件变形而引起的导轨变形。 导轨的变形主要取决于导轨的形状、尺寸及与支承件的连接方式、受载情况等。 导 轨 设 计 4．低速运动平稳性 当进给传动系统低速转动或间歇微量进给时，应保证导轨运行平稳、进给量准确，不产生爬行（时快时慢或时走时停）现象。 低速运动平稳性与导轨的材料及结构尺寸、润滑状况、动静摩擦因数之差、导轨运动的传动系统刚度有关。 低速运动平稳性对高精度机床尤为重要。 5．结构简单、工艺性好。 滑动导轨结构设计 导向是导轨的主要功能， 要使动导轨严格按规定的轨 迹运动，须限定除运动轨迹 外的五个自由度。支承导轨 制造或安装在床身、立柱、横梁、摇臂等支承件上，导轨的摩擦面宽度远小于运动长度，因而导轨可视为窄定位板，只能限制两个自由度；在一个坐标面中的两条窄支承平面a、b形成一个定位平面，可限制三个自由度；要准确导向，需增加另一坐标面上的窄支承平面c，以限制两个自由度。从而形成最基本的双矩形导轨。 支承件的材料 焊接床身可做成封闭的结构。钢板焊接床身的缺点是阻尼约为铸铁的1/3，抗振性能差。为提高其抗振性能，可采用阻尼焊接结构或在空腔内充入混凝土等措施。 焊接床身壁厚 （单位：mm） 机床规格 外壁、隔板厚度 加强肋厚度 导轨支承壁厚度 大型机床 20～25 15～20 30～40 中型机床 8～15 6～12 18～25 焊接床身常用钢材型号为Q235—A，20号钢 支承件的材料 预应力钢筋混凝土 预应力钢筋混凝土主要制作不常移动的大型机床的床身、底座、立柱等支承件。钢筋的配置和预应力的大小对钢筋混凝土的影响较大。当三个坐标方向都设置钢筋，且预应力皆为120～150kN时，预应力钢筋混凝土支承件的刚度比铸铁高几倍，且阻尼比铸铁大，抗振性能优于铸铁；制造工艺简单，成本低。 支承件的材料 预应力钢筋混凝土缺点是：脆性大，耐腐蚀性差，油渗入后会导致材质疏松，所以表面应进行喷漆或喷涂塑料，或将钢筋混凝土周边用金属板覆盖，金属板间焊接封闭结构。支承件的连接，可采用预埋加工后的金属件，或二次浇注。 支承件的材料 树脂混凝土 树脂混凝土是制造机床床身的新型材料，又称为人造花岗岩。 之所以称为树脂混凝土，是因为以树脂和稀释剂代替混凝土中的水泥和水，与各种尺寸规格的花岗岩块或大理石块等骨料均匀混合、捣实固化而形成的。 树脂为粘接剂，相当于水泥，常用不饱和聚酯树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂等合成树脂。 支承件的材料 稀释剂的作用是降低树脂粘度，浇注时有较好的渗透力，防止固化时产生气泡。有时还要加入固化剂，改变树脂分子链结构，使原有的线型或支链型结构转化成体型分子链结构，有时还要加入增韧剂，提高树脂混凝土的抗冲击性能和抗弯强度。 支承件的材料 树脂混凝土的力学特性及其与铸铁的对比 性 能 树脂混 凝 土 铸 铁 性 能 树脂混 凝 土 铸 铁 密 度 2.4 7.0 对数衰 减率 0.04 弹性模 量/GPa 38 122 线膨胀 系数 16×10-6 11×10-6 抗压强 度/MPa 145 热导率 /[W/(m·K)] 1.5 54 抗拉强 度/MPa 14 250 比热容 /[J/(kg·K)] 1250 544 支承件的材料 树脂混凝土的阻尼比为灰铸铁的8～10倍，因而抗振性能好；对切削液、润滑剂等有极好的耐腐蚀性；与金属粘接力强，可根据不同的结构要求，预埋金属件，减少金属加工量；生产周期短，浇注时无大气污染，浇注出的床身静刚度比铸铁床身的静刚度高16%～40%。 支承件的材料 树脂混凝土的缺点是某些力学性能，如抗拉强度较低。它可用增加预应力钢筋或加强纤维来提高抗弯刚度； 用钢板焊接出支承件的周边框架，在空腔中充入树脂混凝土而形成的结构，适合于大中型机床结构较简单的支承件。 提高支承件动刚度 机床存在许多运动接触面和固定接触面，这些接触面的接触刚度和接触面的阻尼比是不同的；结构在不同的方向具有不同的刚度，因而机床存在许多固有频率和主振型。