支撑件与导轨设计

机床支撑件与导轨设计主要内容支撑件与导轨的功用与基本设计要求支撑件静态特性与结构设计导轨失效形式及分类普通滑动导轨与滚动导轨结构特点导轨间隙调整方法支撑件与导轨的功用支撑件功用导轨副功用导轨起着导向和支承的作用。连接形式做成一体装配、镶嵌或粘接机床的支承件主要指床身、立柱、横梁、底座等基础件，其主要作用是支承安装在上面的零部件，并保证各零部件之间正确的相互位置关系和相对运动轨迹。工作时承受重力，切削力、摩擦力、夹紧力等。导轨起着导向和支承的作用。支撑件与导轨的性能要求支撑件性能要求支撑件刚度支撑件的抗振性支撑件的热稳定性其他要求支撑件设计特点以切削力为主以移动件重力和热应力为主重力和切削力同时考虑支承件的性能要求及其改善措施1.支承件的刚度支承件刚度是指支承件在恒定载荷和交变载荷作用下抵抗变形的能力。前者称为静刚度，后者称为动刚度。影响支承件刚度的因素是支承件的受力状态、支承件的材料和支承件的结构等因素。提高支承件的刚度的方法有：（1）改善支承件的受力状态。（2）采用高刚性的材料。（3）采用合理的结构加大接触刚度，如图2.56所示。（4）采用平衡和预变形的方法。图2.56肋条形式a）口字型b）纵横肋条c）三角形d）交叉型e）蜂窝型f）米字型g）井字型a）b）c）d）e）f）g）a.提高支撑件自身刚度正确选择支撑件的截面尺寸合理布置肋板合理开窗加盖b.提高支撑件连接刚度和局部刚度支撑件肋条的布置合理选择支撑件壁厚2.支承件的抗振性支承件的抗振性是指其抵抗受迫振动和自激振动的能力。提高支承件抗振性的措施有：（1）采用高阻尼材料，提高抗振性。（2）采用高阻尼部件。如液压导轨，提高抗振能力。（3）改善支承件的支承条件，如采用消振垫，加固地基，移开振源，提高抗振能力。（4）振源与支承件分开。如把电动机、传动装置单独放置。（5）提高支承件的静刚度，就可提高动刚度。3.支承件的热变形改善支承件热变形的措施有：（1）在机床结构方面，采用热对称结构。（2）在机床上采取热平衡措施。（3）在机床上采取控制温升的措施。（4）采用热位移补偿，预测热变形规律，建立数学模型存入计算机中进行实时补偿。4.其他要求支承件设计时还应便于排屑，吊运安全，合理安置液压、电器部件，并具有良好的工艺性等。床身床身是整个机床的基础支承件，一般用来放置导轨、主轴箱等重要部件。1）床身的整体结构数控车床的床身结构如左图所示。中小型车床床身结构如右图所示当工作台在溜板上移动时，由于床身导轨跨距较窄，致使工作台在横溜板上移动到达行程的两端时容易出现翘曲，影响加工精度。为了避免工作台翘曲，有些立式床身增设了辅助导轨来保证移动部件的刚性，如图2.59所示。a）有翘曲现象b）有辅助导轨图2.59带辅助导轨的床身1－主轴箱2－工件3－工作台4－溜板5－床身2）床身的截面形状床身中常用的几种截面肋板布置如图2.61所示。a）V形肋b）对角c）斜方肋图2.61床身截面肋板布置3）床身箱体封砂结构如图2.62所示a）旧结构b）新结构图2.62铸造床身的封砂结构立柱1.卧式机床的立柱结构卧式数控机床的立柱通常采用双立柱框架结构形式，主轴箱装在双立柱的中间，可沿立柱导轨上下运动，如图2.63所示。图2.63双立柱结构卧式机床采用双立柱结构的优点是：①刚性好，②热对称性好，③稳定性好。双立柱结构的缺点是：制造工艺性差，装配、调试不方便。图2.64所示为卧式加工中心立柱的横向截面形状。图2.64双立柱截面2.立式机床的立柱结构如图2.65所示。a）斜方双层壁肋板b）对角线交叉肋板c）井字形肋板图2.65单立柱结构导轨的性能要求及其分类在一对导轨中，与支承件连成一体固定不动的导轨，称为支承导轨，与运动部件连成一体的导轨称为动导轨。导轨的精度和性能对数控机床的加工精度、承载能力、使用寿命，同时对伺服系统的性能都有着很大的影响。因此，在数控机床上对导轨有如下要求：①导向精度高②良好的耐磨性③足够的刚度④具有低速运动的平稳性⑤工艺性好导轨副分类按运动轨迹分类直线运动圆周运动按摩擦性质分类滑动导轨滚动导轨按工作性质分类主运动导轨进给运动导轨移置导轨卸荷导轨按结构形式分开式导轨闭式导轨滑动导轨滑动导轨具有结构简单、制造方便、接触刚度大的优点。塑料导轨与其它导轨相比有以下特点：摩擦系数小，且动、静摩擦系数相差很小，能防止低速爬行现象；化学稳定性、抗振性好；耐磨性好，且具有良好的自润滑性；结构和工艺简单，成本低，维护修理方便等。失效形式磨损疲劳和压溃（1）贴塑导轨如下图所示，贴塑导轨是在动导轨上粘接上一层塑料导轨软带，通常与支承导轨上的铸铁导轨或淬硬钢导轨相配使用。塑料导轨软带是由聚四氟乙烯为基体，加入合金粉和硫化物等多种填充剂制成的复合材料。1－床身2－工作台3－下压板4－导轨软带5－贴有导轨软带的槽条（2）涂塑导轨涂塑导轨是在动导轨和支承导轨之间采用涂塑或注塑的方法制成塑料导轨。涂塑的材料是环氧型耐磨涂层，以环氧树脂和二硫化钼为基体，加入增塑剂，混合成液状或膏状为一组份和以固化剂为另一组份的双组份塑料涂层。当导轨间隙调整好后，将二组材料按比例混合好，注涂于动导轨涂层面上，固化成塑料导轨面。（3）金属导轨塑料导轨常用在导轨副的动导轨上，与其相配的金属导轨有铸铁和镶钢两种，组成铸铁－塑料导轨副或镶钢－塑料导轨副。①铸铁导轨②镶钢导轨③有色金属材料导轨（4）滑动导轨的结构及其组合形式滑动导轨的常见截面形状，如图所示。（5）滑动导轨的间隙调整①压板调整法如图2.48所示。②镶条调整法a、平镶条如图2.49所示。a）矩形导轨b）燕尾槽导轨c）平导轨图2.49平镶条1－调节螺钉2－平镶条3－紧固螺钉b、斜镶条如图2.50所示。图2.50斜镶条1、3、5、6－调节螺钉2、4、7－斜镶条3.滚动导轨滚动导轨摩擦系数小，动、静摩擦系数相接近，且不受运动速度变化的影响，因而运动轻便灵活，所需驱动功率小；摩擦发热少，磨损小，润滑容易，精度保持性好；低速运动平稳性好，不易出现爬行现象，移动精度和定位精度高；可通过预紧提高其刚度。数控机床常用的滚动导轨有两种：滚动导轨块直线滚动导轨（1）滚动导轨块如图2.51所示。图2.51滚动导轨块1－固定螺钉2－导轨块3－动导轨体4－滚动体5－支承导轨6、7－带反回档槽板（2）直线滚动导轨如图2.52所示。图2.52直线滚动导轨a）直线滚动导轨横截面结构图b）纵向结构图c）横向示意图d）受力图1－滚珠2－回珠孔3、9－密封垫片4－端面挡板5－滚珠6－滑块7－油嘴8－导轨条导轨的防护如图2.55所示。图2.55导轨防护罩a）钢板叠层式防护罩b）柔性风琴式防护罩c）盔甲式机床立护罩d）卷帘式自动伸缩防护罩重点掌握支撑件与导轨的功用与基本设计要求支撑件静态特性与结构设计导轨失效形式及分类普通滑动导轨与滚动导轨结构特点导轨间隙调整方法