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第二章金属切削机床典型部件第二节支承件及导轨主要内容支承件是指床身、立柱、横梁、摇臂、底座、刀架、工作台、箱体和升降台等尺寸大的零件，也称为“大件”，它是机床的基础构件。一、支承件二、导轨一、支承件（一）支承件的功用及基本要求（二）支承件的结构分析1、提高支承件自身刚度和局部刚度2、提高接触刚度3、提高支承件的抗振性4、减少支承件的热变形5、合理选择支承件材料及热处理方式6、支承件焊接结构7、支承件的结构工艺性（一）支承件的功用及基本要求1、支承件的功用支承件起着支承机床各部件的作用，承受重力、切削力、惯性力、摩擦力等；支承件内部常作为安装变速机构、液压系统、电气装置、冷却系统等；正确设计支承件结构以及合理布局对于保证机床的精度意义重大。（一）支承件的功用及基本要求2、对支承件的基本要求1）足够的静刚度，包括：自身刚度，支承件抵抗自身变形的能力。自身刚度主要为弯曲刚度和扭转刚度；它主要取决于支承件材料、构造、形状、尺寸及隔板的布置等；局部刚度，支承件抵抗局部变形的能力。局部刚度主要发生在载荷较集中的部位；它主要取决于受载部位的构造、尺寸以及肋条的设置；接触刚度，支承件的结合面在外载荷作用下抵抗接触变形的能力。它与结合面的结合方式、表面粗糙度、材料的硬度、预压压强等有关。（一）支承件的功用及基本要求2、对支承件的基本要求是：2）良好的动态特性，在规定的切削条件下，受迫振动的振幅不能超过允许值；不产生自激振动等；3）较小的热变形和内应力，在机床工作过程中，摩擦热、切削热等会引起支承件的热变形和热应力；支承件在铸造、焊接、粗工中会形成内应力，在使用中重新分布并逐渐消失，导致变形；4）较高的刚度/质量比，在满足刚度的条件下，应尽量减小支承件的质量；良好的工艺性，支承件的设计应便于制造、装配、维修等。1、提高支承件自身刚度和局部刚度1）正确选择截面的形状和尺寸，支承件主要承受弯矩、扭矩以及弯扭复合载荷，自身刚度主要是弯曲刚度和扭转刚度，空心截面的刚度大于实心截面刚度；封闭截面的刚度大于不封闭截面刚度；方形截面的抗弯刚度大于圆形截面的，而抗扭刚度较低；因此，设计支承件时，尽量采用空心截面，加大轮廓尺寸，减小壁厚；尽量把支承件的截面设计成封闭的框形；支承件受弯为主时，采用方形截面或矩形截面，矩形的在高度方向的抗弯刚度比方形的高；支承件受扭为主时，应采用圆形（空心）截面；若受弯与受扭都较大，则采用近似方形截面。1、提高支承件自身刚度和局部刚度2）合理布置隔板和加强肋两壁之间起连接作用的内壁为隔板，加隔板能使整个支承件均匀受力。当支承件不能采用全封闭截面时，应布置隔板和加强肋以提高支承件的刚度；隔板有横向、纵向和斜向等形式。横向隔板布置在与弯曲平面垂直的平面内，抗扭刚度较高；纵向隔板布置在弯曲平面内，抗弯刚度较高；斜向隔板的抗弯刚度和抗扭刚度都较高。加强肋一般布置在内壁上，作用同隔板。当壁板面积大于400×400mm2时，加强肋的高度为壁厚的4~5倍，加强肋的厚度为壁厚的0.8~1倍。1、提高支承件自身刚度和局部刚度3）合理选择连接部位的结构四种结构形式，相对连接刚度分别是：1.0；1.06；1.80；1.85，后两种效果好，但结构复杂。4）注意局部结构对机床刚度的影响在支承件上开孔，会降低抗弯刚度；必须开孔时，要加盖，并用螺钉拧紧，补偿刚度损失；床身与导轨连接处的过渡，应采取措施来提高导轨处的局部刚度。2、提高接触刚度（1）导轨面和重要的固定面必须配刮或配磨（2）施加预载3、提高支承件的抗振性（1）采用封砂结构（2）采用具有阻尼性能的焊接结构（3）采用阻尼涂层（4）采用还氧树脂粘结的结构4、减少支承件的热变形（1）散热和隔热（2）均衡温度场（3）热对称结构5、合理选择支承件材料及热处理方式支承件的材料主要为铸铁和钢，现在人造花岗石、钢筋混凝土等的支承件也有较大发展。人造花岗石具有阻尼好，尺寸稳定性好，抗腐蚀性强等优点，但材质脆，抗弯强度较低，主要用于高精度机床；钢筋混凝土的阻尼和刚度较高，适用于受载均匀、截面积大、抗振性较高的支承件，但存在易变形、易侵蚀、连接刚度不足等问题；铸铁支承件上没有导轨时，一般采用HT150；若导轨与支承件一起铸造，需根据导轨的要求选择；型钢和钢板焊接的支承件，常采用Q235-AF或Q275；支承件在铸造或焊接中会产生残余应力，必须进行时效处理以消除。6、支承件焊接结构焊接结构的支承件与铸铁相比突出的优点是：制造周期短；刚度/质量比高；结构设计灵活，可做成全封闭的；可以按刚度要求方便地加隔板和肋，提高了承载和抗变形能力。在单件、小批量生产中应用广泛。7、支承件的结构工艺性为了便于制造和保证加工质量，铸件的结构工艺性主要考虑：壁厚应尽量均匀，拐角要圆滑过渡；较长的支承件应避免两端有加工面；避免支承件内部深处有加工面，特别是倾斜的加工面；尽可能使加工面集中，以减少加工时的翻转与装夹次数；加工面都应有支承面较大的基准，方便加工时定位、测量与夹紧。若加工面没有可靠的工艺基面，需在铸造时铸出“工艺搭子”，作为加工时的基准面，加工完成后，根据情况判断是否需要去除。二、导轨（一）导轨的功用、分类和基本要求（二）滑动导轨（三）滚动导轨结构类型及其特点（一）导轨的功用、分类和基本要求导轨的功用：导向和承载。一对导轨副中，运动的是动导轨；不动的是支承导轨或静导轨。动导轨相对于支承导轨通常只有一个自由度的直线运动和旋转运动。1、导轨分类2、导轨应满足的基本要求（一）导轨的功用、分类和基本要求1、导轨分类按工作性质分：主运动导轨、进给运动导轨以及调位导轨；按摩擦性质分：滑动导轨和滚动导轨；滑动导轨按摩擦状态又可以分为：#液体静压导轨，属纯液体摩擦，应用于高精度、重型机床；#液体动压导轨，只能用于高速运动场合，如主运动导轨；#混合摩擦导轨，运动速度不够高，导轨面处于接触状态；#边界摩擦导轨，运动速度很低，不能产生动压效应。（一）导轨的功用、分类和基本要求1、导轨分类滚动导轨是在两导轨面中装有滚动体（滚珠、滚柱、滚针），特点：运动的准确性和灵敏性高，能微量进给；承载能力较低。按受力情况分：开式导轨与闭式导轨；#开式导轨指靠外载荷和部件自重，使导轨面保持贴合；#闭式导轨指须用压板才能使导轨面保持贴合，承载能力强。（一）导轨的功用、分类和基本要求2、导轨应满足的基本要求1）导向精度动导轨沿支承导轨运动的直线性和真圆性，以及与其它运动部件相互位置的准确性；影响导向精度的主要因素：导轨的几何精度、导轨的结构形式、导轨和支承的自身刚度、油膜刚度以及热变形等。（一）导轨的功用、分类和基本要求2、导轨应满足的基本要求2）刚度和耐磨性刚度不足将直接影响部件之间的相对位置精度和导轨的导向精度，加剧导轨的磨损；导轨的耐磨性是决定导向精度能否长期保持的关键，是衡量机床质量的重要指标；导轨磨损的形式有：磨粒磨损、咬合磨损，两者伴随发生，相互影响；导轨耐磨性与导轨材料及热处理、摩擦性质、受力情况、运动速度等有关。（一）导轨的功用、分类和基本要求2、导轨应满足的基本要求3）低速运动平稳性即保证低速运动或微量位移时不出现“爬行”；产生爬行的主要原因：导轨副的摩擦性质、运动部件质量以及传动机构的刚度。4）结构工艺性结构简单，制造与维护方便；对于研刮导轨，尽量减少研刮量；对于镶装导轨，要做到更换容易。（二）滑动导轨滑动导轨是最常见的导轨，其它类型的导轨都是在滑动导轨的基础上发展起来的。滑动导轨具有结构简单，制造方便，接触刚度大而得到广泛应用。但是滑动导轨摩擦阻力大、磨损快，低速时易产生爬行现象。1、导轨材料及热处理2、导轨的结构（1）截面形状与组合（2）间隙调整1、导轨材料及热处理（1）对导轨材料的要求和搭配对导轨材料的要求：耐磨性好、工艺性好、成本低；常用的导轨材料：铸铁、钢、有色金属、塑料；#铸铁导轨，耐磨性、抗振性和工艺性好，成本低，应用广泛；#镶钢导轨，耐磨性高于铸铁，工艺复杂，成本高，主要用于数控机床的滚动导轨上；#有色金属导轨，常与铸铁的支承导轨搭配，多用于重型机床；#塑料导轨，通过粘结（贴塑导轨）或喷涂（注塑、涂塑导轨）把塑料铺盖在导轨面上，使用、维修方便，应用广泛。1、导轨材料及热处理（1）对导轨材料的要求和搭配为了提高耐磨性和防止咬焊，动导轨和支承导轨应采用不同的材料，一般动导轨采用较软的材料，尺寸小，便于维修；若须采用相同的材料，要采用不同的热处理方式使它们硬度不一样，耐磨。2、导轨的结构（1）截面形状与组合滑动导轨分为凸形和凹形两大类，凸形导轨不宜积存切屑，也难保存润滑油，适合于低速运动；凹形导轨润滑性能良好，适合于高速运动，但要配备防护装置防止切屑滑入；2、导轨的结构（1）截面形状与组合直线滑动导轨截面形状主要有：三角形、矩形、燕尾形和圆形，可以互相组合。三角形（山形和V形）导轨，在垂直载荷作用下，导轨磨损后能自动补偿，因此导向精度高；矩形导轨，制造简便，刚度和承载能力强，两方向互不影响；燕尾形导轨，需要导轨数量最少的，磨损后不能自动补偿；圆形导轨，制造简便，磨损后调整间隙困难，为防止转动要采取措施，不能承受大的转矩。2、导轨的结构（1）截面形状与组合常用的导轨组合形式有：双三角形导轨，导向精度高，精度保持性好，有磨损时会自动补偿磨损量；属超静定，加工、检验和维修困难，用于精度要求高的机床；双矩形导轨，刚度高，承载能力强，制造、维修方便；导向性差，侧向导轨面磨损后不能自动补偿，多用于重型机床、组合机床，特别是数控机床等；三角形和矩形组合，兼有导向性好，刚度高，制造、维修方便的优点，应用最广泛；燕尾形导轨，结构紧凑，高度尺寸小，能承受倾覆力矩；刚度较差，磨损间隙不能自动补偿，用于受力小、层次多、高度尺寸小、移动速度不大的场合；2、导轨的结构（1）截面形状与组合常用的导轨组合形式有：矩形和燕尾形组合，能承受较大的倾覆力矩，多用于横梁、立柱、摇壁等导轨；双圆柱形组合，制造方便，耐磨性较好；间隙调整困难，磨损后不容易补偿，用于只承受轴向载荷的地方。当机床工作台面很大时，可采用3条或3条以上导轨组合，如三矩形导轨，双矩形和三角形组合等，如龙门铣床，工作台面宽度≥3000mm；龙门刨床工作台面宽度≥5000mm时用双矩形和三角形组合导轨。2、导轨的结构（2）间隙调整导轨面之间的间隙应该适当，过小会增加摩擦，使运动不灵活，操作费力；过大则使导向精度下降，容易产生振动。调整方法有：压板调整，用刮配、镶块或垫片来调整间隙，压板固定；镶条调整，用平镶条或斜镶条来调整间隙，螺钉螺母锁紧；压板镶条调整，方法简单，已经标准化；间隙自动调整装置。（三）滚动导轨结构类型及其特点（略）1、滚动导轨的结构类型2、滚动导轨的特点和应用第二章第二节结束