第三章_机床主要部件设计(1)
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金属切削机床(第二版)——第三章 铣床
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二、龙门铣床
龙门铣床在布局上以两根立柱5、7及顶梁6与床身 10构成龙门式框架，并由此而得名
三、万能工具铣床
万能工具铣床的基本布局与万能升降台铣床相 似，但配备有多种附件，因而扩大了机床的万能性。
万能工具铣床
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习题
3-1 就X6132型铣床的传动系统图，说明该机床 进给运动的实现。 3-2 为何卧式车床的进给运动由主电动机带动， 而X6132型铣床的主运动和进给运动分别由两台 电动机分别驱动？ 3-3 试就图3-6说明孔盘变速工作原理，并将此 种变速方法与CA6140型车床的六级变速机构作一 比较。
70
—
—
300.00
80
301.71
100
302.40
100
304.76
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配换齿轮
导程
配换齿轮
z2
z3z4/mm来自z1z2z3
z4
35
25
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347.62
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349.09
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（二）进给运动
三种不同的传动比
ua
40 49
ub
18 40
18 40
40 49
18 18 18 18 40 uc 40 40 40 40 49
曲回结构原理图
三、主要部件结构
（一）主轴部件 主要部件结构
二、龙门铣床
龙门铣床在布局上以两根立柱5、7及顶梁6与床身 10构成龙门式框架，并由此而得名
三、万能工具铣床
万能工具铣床的基本布局与万能升降台铣床相 似，但配备有多种附件，因而扩大了机床的万能性。
万能工具铣床
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习题
3-1 就X6132型铣床的传动系统图，说明该机床 进给运动的实现。 3-2 为何卧式车床的进给运动由主电动机带动， 而X6132型铣床的主运动和进给运动分别由两台 电动机分别驱动？ 3-3 试就图3-6说明孔盘变速工作原理，并将此 种变速方法与CA6140型车床的六级变速机构作一 比较。
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配换齿轮
导程
配换齿轮
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（二）进给运动
三种不同的传动比
ua
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曲回结构原理图
三、主要部件结构
（一）主轴部件 主要部件结构
第三章 机床典型部件设计
利用磁力使支承运动的部件与其固定 部件脱离接触来实现轴承的功能。 其特点是无机械磨损，理论上无速度 限制；无噪声，温升低，能耗小，不需 润滑；可在超低温和高温下工作等。装 有磁浮轴承的主轴可实现适应控制，通 过检测定子线圈电流控制切削力，通过 检测切削力的变化来调整控制机械运动， 以提高加工质量。
（二）几种典型的主轴轴承配置形式
d 0.55 ~ 0.60D
对于六角、自动和半自动车床、卧式镗床（镗杆主
轴）
d 0.6 ~ 0.65D
对铣床 d 可比刀具拉杆直径大5~10mm即可。
3. 主轴前端悬伸量的确定
主轴前端悬伸量a 是指主轴前端面到前轴承径向反 力作用中点（或前径向支承中点）的距离。它主要取决 于主轴端部的结构（其形状与尺寸均以标准化），以及 前支承轴承配置和密封装置的形式和尺寸。在满足结构 要求的前提下，设计时应使a 值越小越好。
2.刚度 主轴部件的刚度是指其在外加载荷作用下抵抗变 形的能力，通常以主轴前端部产生一个单位位移的弹 性变形时，在位移方向上所施加的作用力的大小来表 示。主轴部件的刚度是综合刚度，是主轴、轴承和轴 承座等刚度的综合反映，其静刚度不足则对加工精度 和机床性能有直接影响。
主轴部件应满足的基本要求
3.抗振性 主轴部件的抗振性是指抵抗受迫振动和自激振动而 保持平稳运转的能力。主轴部件的振动会直接影响工件 的表面质量和刀具的使用寿命，并产生噪声。 4.温升及热变形 主轴部件运转时，因各相对运动处的摩擦生热，切 削区的切削热等使主轴部件的温度升高，其尺寸、形状 及位置发生变化，造成主轴部件的热变形。 5.精度保持性 主轴部件的精度保持性是指长期地保持其原始制造 精度的能力。主轴部件丧失其原始精度的主要原因是磨 损。
3. 圆锥滚子轴承——需成对使用
（二）几种典型的主轴轴承配置形式
d 0.55 ~ 0.60D
对于六角、自动和半自动车床、卧式镗床（镗杆主
轴）
d 0.6 ~ 0.65D
对铣床 d 可比刀具拉杆直径大5~10mm即可。
3. 主轴前端悬伸量的确定
主轴前端悬伸量a 是指主轴前端面到前轴承径向反 力作用中点（或前径向支承中点）的距离。它主要取决 于主轴端部的结构（其形状与尺寸均以标准化），以及 前支承轴承配置和密封装置的形式和尺寸。在满足结构 要求的前提下，设计时应使a 值越小越好。
2.刚度 主轴部件的刚度是指其在外加载荷作用下抵抗变 形的能力，通常以主轴前端部产生一个单位位移的弹 性变形时，在位移方向上所施加的作用力的大小来表 示。主轴部件的刚度是综合刚度，是主轴、轴承和轴 承座等刚度的综合反映，其静刚度不足则对加工精度 和机床性能有直接影响。
主轴部件应满足的基本要求
3.抗振性 主轴部件的抗振性是指抵抗受迫振动和自激振动而 保持平稳运转的能力。主轴部件的振动会直接影响工件 的表面质量和刀具的使用寿命，并产生噪声。 4.温升及热变形 主轴部件运转时，因各相对运动处的摩擦生热，切 削区的切削热等使主轴部件的温度升高，其尺寸、形状 及位置发生变化，造成主轴部件的热变形。 5.精度保持性 主轴部件的精度保持性是指长期地保持其原始制造 精度的能力。主轴部件丧失其原始精度的主要原因是磨 损。
3. 圆锥滚子轴承——需成对使用
第三章数控机床的主传动系统
要使润滑油突破这层旋转气流很不容易，采用突入滚 道式润滑方式则可以可靠地将油送人轴承滚道处。
第三章 数控机床的主传动系统
(3)突入滚道式润滑方式 如图3—10所示为适应该要求而设计的特殊轴承。 润滑油的进油口在内滚道附近，利用高速轴承的泵 效应，把润滑油吸人滚道。
若进油口较高，则泵效应差，当进油接近外滚道 时则成为排放口了，油液将不能进入轴承内部。
第三章 数控机床的主传动系统
3．冷却润滑技术的研究 过去，加工中心机床主轴轴承大都采用油脂润滑方 式，为了适应主轴转速向更高速化发展的需要，新 的冷却润滑方式相继开发出来，见表3—2。
第三章 数控机床的主传动系统
第一章 数控机床概述
(1)油气润滑方式 这种润滑方式不同于油雾方式， 油气润滑是用压缩空气把小油滴送进轴承空隙中， 油量大小可达最佳值，压缩空气有散热作用，润滑 油可回收，不污染周围空气。图3—8是油气润滑 原理图。
1．主轴部件常用滚动轴承的类型 图3—13a为锥孔双列圆柱滚子轴承，内圈 为1：12的锥孔，当内圈沿锥形轴颈轴向移 动时，内圈胀大以调整滚道的间隙。滚子数 目多，两列滚子交错排列，因而承载能力大， 刚性好，允许转速高。它的内、外圈均较薄， 因此，要求主轴颈与箱体孔均有较高的制造 精度，以免轴颈与箱体孔的形状误差使轴承 滚道发生畸变而影响主轴的旋转精度。该轴 承只能承受径向载荷。
第一章 数控机床概述
(2)热变形 电动机、主轴及传动件都是热源。低温升、小
的热变形是对主传动系统要求的重要指标。 (3)主轴的旋转精度和运动精度
主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转 动条件下测量主轴前端和距离前端300mm处的径 向圆跳动和端面圆跳动值。主轴在工作速度旋转时 测量上述的两项精度称为运动精度。数控机床要求 有高的旋转精度和运动精度。
第三章 数控机床的主传动系统
(3)突入滚道式润滑方式 如图3—10所示为适应该要求而设计的特殊轴承。 润滑油的进油口在内滚道附近，利用高速轴承的泵 效应，把润滑油吸人滚道。
若进油口较高，则泵效应差，当进油接近外滚道 时则成为排放口了，油液将不能进入轴承内部。
第三章 数控机床的主传动系统
3．冷却润滑技术的研究 过去，加工中心机床主轴轴承大都采用油脂润滑方 式，为了适应主轴转速向更高速化发展的需要，新 的冷却润滑方式相继开发出来，见表3—2。
第三章 数控机床的主传动系统
第一章 数控机床概述
(1)油气润滑方式 这种润滑方式不同于油雾方式， 油气润滑是用压缩空气把小油滴送进轴承空隙中， 油量大小可达最佳值，压缩空气有散热作用，润滑 油可回收，不污染周围空气。图3—8是油气润滑 原理图。
1．主轴部件常用滚动轴承的类型 图3—13a为锥孔双列圆柱滚子轴承，内圈 为1：12的锥孔，当内圈沿锥形轴颈轴向移 动时，内圈胀大以调整滚道的间隙。滚子数 目多，两列滚子交错排列，因而承载能力大， 刚性好，允许转速高。它的内、外圈均较薄， 因此，要求主轴颈与箱体孔均有较高的制造 精度，以免轴颈与箱体孔的形状误差使轴承 滚道发生畸变而影响主轴的旋转精度。该轴 承只能承受径向载荷。
第一章 数控机床概述
(2)热变形 电动机、主轴及传动件都是热源。低温升、小
的热变形是对主传动系统要求的重要指标。 (3)主轴的旋转精度和运动精度
主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转 动条件下测量主轴前端和距离前端300mm处的径 向圆跳动和端面圆跳动值。主轴在工作速度旋转时 测量上述的两项精度称为运动精度。数控机床要求 有高的旋转精度和运动精度。
第三章机床夹具第一讲
对刀、引导元件或装置 这些元件的作用是保证工件与刀具之间的正确位置。用于确 定刀具在加工前正确位置的元件，称为对刀元件，如对刀块。 用于确定刀具位置并导引刀具进行加工的元件，称为导引元件。 如图3-1中的快换钻套1。
其它装置或元件：定向键、操作件、分度装置、靠 模装置、上下料装置、平衡块等，以及标准化了的其 它联接元件； 夹具体： 用于连接或固定夹具上各元件及装置，使 其成为一个整体的基础件。它与机床有关部件进行连 接、对定，使夹具相对机床具有确定的位置。如图31中的夹具体7。
机床夹具
三、 机床夹具的组成
定位元件：用于确定工件在夹具中的位置； 如图3-1中的定位销6 。 夹紧装置：在切削时使工件在夹具中保持既 定位置并夹紧工件。如图 3-1 中的螺母 5 和开口 垫圈4。 联接元件（连接元件）： 使夹具与机床相连接的元件，保证机床与夹 具之间的相互位置关系。
机床夹具
机床夹具
第一节 机床夹具的作用、分类及组成 机床夹具是机械加工工艺系统的一个重要组成部 分。夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用 于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和 检测等工艺过程中。 为保证工件某工序的加工要求，必须使工件在机 床上相对刀具的切削或成形运动处于准确的相对位置。 在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现 代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它 直接影响着工件加工的精度、劳动生产率和产品的制 造成本等。
1、按夹具的通用特性分类
组合夹具 —— 组合夹具是指按零件的加工要求， 由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的 夹具。由专业厂家制造，其特点是灵活多变，制 造周期短、元件能反复使用，特别适用于新产品 的试制和单件小批生产。 随行夹具 —— 随行夹具是一种在自动线上使用 的夹具。该夹具既要起到装夹工件的作用，又要 与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一 个工位，进行不同工序的加工。
其它装置或元件：定向键、操作件、分度装置、靠 模装置、上下料装置、平衡块等，以及标准化了的其 它联接元件； 夹具体： 用于连接或固定夹具上各元件及装置，使 其成为一个整体的基础件。它与机床有关部件进行连 接、对定，使夹具相对机床具有确定的位置。如图31中的夹具体7。
机床夹具
三、 机床夹具的组成
定位元件：用于确定工件在夹具中的位置； 如图3-1中的定位销6 。 夹紧装置：在切削时使工件在夹具中保持既 定位置并夹紧工件。如图 3-1 中的螺母 5 和开口 垫圈4。 联接元件（连接元件）： 使夹具与机床相连接的元件，保证机床与夹 具之间的相互位置关系。
机床夹具
机床夹具
第一节 机床夹具的作用、分类及组成 机床夹具是机械加工工艺系统的一个重要组成部 分。夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用 于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和 检测等工艺过程中。 为保证工件某工序的加工要求，必须使工件在机 床上相对刀具的切削或成形运动处于准确的相对位置。 在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现 代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它 直接影响着工件加工的精度、劳动生产率和产品的制 造成本等。
1、按夹具的通用特性分类
组合夹具 —— 组合夹具是指按零件的加工要求， 由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的 夹具。由专业厂家制造，其特点是灵活多变，制 造周期短、元件能反复使用，特别适用于新产品 的试制和单件小批生产。 随行夹具 —— 随行夹具是一种在自动线上使用 的夹具。该夹具既要起到装夹工件的作用，又要 与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一 个工位，进行不同工序的加工。
机械制造技术基础(第三版)第三章
运动，亦称工作运动。表面形成运动包括主运 动和进给运动，主 运动只有一个，进 给运动可以有一个 或几个。
第一节 概述
a)主运动：机床主运动是形成切 削速度并从工件上切除多余材 料起主要作用的工作运动，机 床功率主要消耗于主运动。
b)进给运动：进给运动是使工件 上的多余材料不断被去除的工 作运动，是维持切削得以继续 的运动。
为径向 (X轴) 进给与纵向(Z轴) 进给的合成，由数
控系统保证这两个进给
运动的准确。
第一节 概述
2.辅助运动：机床在加工过程中加工工具与工件除 工作运动以外的其他运动称为辅助运动，用以实 现机床的各种辅助动作。
a)切入运动：用于保证工件被加工表面获得所需要 的尺寸，使工具切入工件表面一定深度；
b)各种空行程运动：空行程运动主要是指进给前后 的快速运动；
第一节 概述
b)专用机床是为特定零件的特定工序而设计的，自 动化程度和生产率都较高，但它的加工范围很窄。
第一节 概述
c)数控机床则既有较宽的工艺范围， 又能满足零件较高精度的要求， 并可实现自动化加工。
第一节 概述
2.机床的技术参数：机床的主要技术参数包括：尺寸参数、运动 参数与动力参数。
尺寸参数——具体反映机床的加工范围，包括主参数、第2主参 数和与加工零件有关的其他尺寸参数。如下表：
第一节 概述
I为主运动，II为进给运动
第一节 概述
主运动的形式： 1)工件（如车床）或刀具（如钻床）作旋转运动，其表示方
式为转速；
2)工件（如龙门刨床）或刀具 （如插床）作直线运动，其表 示方式为工作行程运动速度或 每分钟往复行程 (冲程) 次数；
3)复合运动，如卧式车床车螺纹时的螺旋运动，它是由主轴 带动工件的旋转运动和刀架溜板的直线运动合成的。
第一节 概述
a)主运动：机床主运动是形成切 削速度并从工件上切除多余材 料起主要作用的工作运动，机 床功率主要消耗于主运动。
b)进给运动：进给运动是使工件 上的多余材料不断被去除的工 作运动，是维持切削得以继续 的运动。
为径向 (X轴) 进给与纵向(Z轴) 进给的合成，由数
控系统保证这两个进给
运动的准确。
第一节 概述
2.辅助运动：机床在加工过程中加工工具与工件除 工作运动以外的其他运动称为辅助运动，用以实 现机床的各种辅助动作。
a)切入运动：用于保证工件被加工表面获得所需要 的尺寸，使工具切入工件表面一定深度；
b)各种空行程运动：空行程运动主要是指进给前后 的快速运动；
第一节 概述
b)专用机床是为特定零件的特定工序而设计的，自 动化程度和生产率都较高，但它的加工范围很窄。
第一节 概述
c)数控机床则既有较宽的工艺范围， 又能满足零件较高精度的要求， 并可实现自动化加工。
第一节 概述
2.机床的技术参数：机床的主要技术参数包括：尺寸参数、运动 参数与动力参数。
尺寸参数——具体反映机床的加工范围，包括主参数、第2主参 数和与加工零件有关的其他尺寸参数。如下表：
第一节 概述
I为主运动，II为进给运动
第一节 概述
主运动的形式： 1)工件（如车床）或刀具（如钻床）作旋转运动，其表示方
式为转速；
2)工件（如龙门刨床）或刀具 （如插床）作直线运动，其表 示方式为工作行程运动速度或 每分钟往复行程 (冲程) 次数；
3)复合运动，如卧式车床车螺纹时的螺旋运动，它是由主轴 带动工件的旋转运动和刀架溜板的直线运动合成的。
第三章 车床1-3节
同理，主轴反转时也只能获得到： 同理，主轴反转时也只能获得到： )=12级不同转速 级不同转速。 3 + 3 ×( 2 × 2 - 1 )=12级不同转速。 主轴的转速可应用下列运动平衡式计算： 主轴的转速可应用下列运动平衡式计算：
式中： ——主轴转速 单位为r/min 主轴转速， r/min； 式中： n主——主轴转速，单位为r/min； ——V带传动的滑动系数， ε——V带传动的滑动系数， 0.02； ε＝0.02； uⅠ---Ⅱ uⅡ---Ⅲ uⅢ-- ——分别为 --Ⅵ uⅠ--Ⅱ、uⅡ--Ⅲ、uⅢ--Ⅵ——分别为 --Ⅱ --Ⅲ --Ⅵ间的可变传动比。 轴 Ⅰ--Ⅱ、Ⅱ--Ⅲ、Ⅲ--Ⅵ间的可变传动比。
运动由轴Ⅲ到主轴可以有两种不同的传动路线： 运动由轴Ⅲ到主轴可以有两种不同的传动路线： 1). 当 主 轴 需 要 高 速 运 转 时 （ n 主 ＝ 450 ～ 1400r/min r/min） 主轴上的滑动齿轮Z50处于左端位 1400r/min ） ， 主轴上的滑动齿轮 Z50 处于左端位 63/50直接传给主轴 直接传给主轴。 置 ， 轴 Ⅲ 的运动经齿轮副 63/50 直接传给主轴 。 2). 当 主 轴 需 以 较 低 的 转 速 运 转 时 （ n 主 ＝ 10 ～ 500r/min r/min） 主轴上的滑动齿轮Z50移到右端位置 移到右端位置， 500r/min），主轴上的滑动齿轮Z50移到右端位置， 使齿式离合器M 啮合， 于是轴Ⅲ 使齿式离合器 M2 啮合 ， 于是轴 Ⅲ 上的运动就经齿 20/80或 50/50传给轴 传给轴Ⅳ 然后再由轴IV IV经 轮副 20/80 或 50/50 传给轴 Ⅳ ， 然后再由轴 IV 经 20/80或 51/50、 26/38及齿式离合器 及齿式离合器M 齿轮副 20/80 或 51/50 、 26/38 及齿式离合器 M2 传动主轴。 传动主轴。
第三章磨床介绍
2018/10/21 14
（五）砂轮架的横向进给机构（图3-9）
功用：用于实现砂轮架的间隙或连续的横向进给 ƒa，调整和快移。 对该机构的要求：很高的定位精度、很高的进给 精度，微量进给时，避免产生爬行。 （ａ）工件直径尺寸的控制 定位：被加工工件直径至尺寸时，刻度盘上的固 定销碰固定在床身上的定位块。 补偿：补偿磨削过程中砂轮直径减小，对工件直 径的影响靠定位调整。
2018/10/21 3
第三章
磨床种类：
（1）外圆磨床 （2）内圆磨床 （3）平面磨床 （4）工具磨床 （5）刀具刃磨床 （6）专门化磨床
磨床
普通、万能、无心外圆磨床 等。 普通、无心、行星式内圆磨床 等。 卧轴(立轴)矩台(圆台)平面磨床 等。 工具曲线磨床 、钻头沟槽磨床等。 万能工具磨床 、拉刀、滚刀磨床等。 曲轴、花键轴 、齿轮、螺纹磨床等。
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2018/10/21 16
第三节 其它磨床简介
一、平面磨床
用途：主要用于磨削各种平面。 平面磨床磨削方式： 用砂轮的轮缘（圆周）磨削，砂轮主轴为水平（卧轴），图a、d，磨削 精度较高，可得到较光洁的加工表面，但生产率较低。
用砂轮的端面磨削，砂轮主轴竖直（立轴），图b、c）。
工作台型式：矩形、圆形两种。前者适宜加工长工件（图a、b），但工 作台作往复运动，较易发生振动；后者适宜加工短工件或圆工件的端面 （图c），如磨轴承套圈的端面，工作台连续旋转，无往复冲击。 平面磨床分为四类：卧轴矩台式、立轴矩台式、立轴圆台式和卧轴圆台 式。
工件中心高出的距离约为工件直径的15～25％。但是，高出的距离过大， 导轮对工件的向上方向垂直分力也随着增大，磨削时易引起工件跳动，影 响加工表面的粗糙度，所以，高出的距离不得过大。
（五）砂轮架的横向进给机构（图3-9）
功用：用于实现砂轮架的间隙或连续的横向进给 ƒa，调整和快移。 对该机构的要求：很高的定位精度、很高的进给 精度，微量进给时，避免产生爬行。 （ａ）工件直径尺寸的控制 定位：被加工工件直径至尺寸时，刻度盘上的固 定销碰固定在床身上的定位块。 补偿：补偿磨削过程中砂轮直径减小，对工件直 径的影响靠定位调整。
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第三章
磨床种类：
（1）外圆磨床 （2）内圆磨床 （3）平面磨床 （4）工具磨床 （5）刀具刃磨床 （6）专门化磨床
磨床
普通、万能、无心外圆磨床 等。 普通、无心、行星式内圆磨床 等。 卧轴(立轴)矩台(圆台)平面磨床 等。 工具曲线磨床 、钻头沟槽磨床等。 万能工具磨床 、拉刀、滚刀磨床等。 曲轴、花键轴 、齿轮、螺纹磨床等。
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第三节 其它磨床简介
一、平面磨床
用途：主要用于磨削各种平面。 平面磨床磨削方式： 用砂轮的轮缘（圆周）磨削，砂轮主轴为水平（卧轴），图a、d，磨削 精度较高，可得到较光洁的加工表面，但生产率较低。
用砂轮的端面磨削，砂轮主轴竖直（立轴），图b、c）。
工作台型式：矩形、圆形两种。前者适宜加工长工件（图a、b），但工 作台作往复运动，较易发生振动；后者适宜加工短工件或圆工件的端面 （图c），如磨轴承套圈的端面，工作台连续旋转，无往复冲击。 平面磨床分为四类：卧轴矩台式、立轴矩台式、立轴圆台式和卧轴圆台 式。
工件中心高出的距离约为工件直径的15～25％。但是，高出的距离过大， 导轮对工件的向上方向垂直分力也随着增大，磨削时易引起工件跳动，影 响加工表面的粗糙度，所以，高出的距离不得过大。
第三章 CA6140型卧式车床
及换向。
图3-9 制动器 1—箱体 2—齿条轴 3—轴 4—制动杠杆 5—调节螺钉 6—制动带 7—制动轮
3.主轴开、停及制动操纵机构 制动器和离合器M1的工作是相互配合的,用一套操纵机构实现其 联动。 4.六速变速操纵机构 主轴箱中,通过变换轴Ⅱ上的双联滑移齿轮、轴Ⅲ上的三联滑移 齿轮的工作位置,可使
30—轴
19a所示的位置,手柄2所操纵的轴6、轴7,开合螺母操纵手柄8所操 纵的轴30均可自由转动或移动,此时可任意接通某一运动。若合 上开合螺母,则轴30转过一定角度,其上的凸肩28旋入轴6的槽中, 如图3-19b所示,将轴6卡住,使之不能转动;同时凸肩上V形槽转开 使球头销10下移压缩弹簧销9,使球头销10的一部分进入轴7的孔 中,而另一半仍在固定套29内,使轴7不能移动。因此,当扳动开合 螺母操纵手柄8合上开合螺母后,手柄2被锁住而扳不动,纵、横向 机动进给不能接通。当需要接通纵向或横向进给时,必须先将开 合螺母打开,使互锁机构恢复图3-19a所示位置,才能扳动手柄2。
2.纵向进给量的计算
CA6140型卧式车床纵向机动进给量有64种,并由4种类型的传动路
线来获得。 (1) 纵向常用进给量 纵向常用进给量共有40种,由常用螺距螺纹
的米制传动路线获得32种,英制传动路线获得8种。
表3-6 CA6140型卧式车床纵向进给量表(mm/r)
表3-6 CA6140型卧式车床纵向进给量表(mm/r)
的传动路线实现刀架的纵向或横向快速移动。
第二节 机床的主要部件结构
一、主轴箱
主轴箱的功用是支承主轴和传递旋转运动,并实现其起动、
停止、变速、变向等。
图3-7 CA6140型卧式车床主轴箱左视图
1.卸荷式带装置(见图3-8) 主电动机经V带传动带轮ϕ230,使轴Ⅰ旋转。
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故滚动轴承的摩擦系数小，有利于减小发热。
◆ 润滑容易，可以用油脂，一次填装可用到修理时再换脂。 如用油润滑，单位时间用油量也比滑动轴承少。
◆ 由专业化的轴承厂生产，质量稳定，成本低，经济性好。
滚动轴承的不足： 滚动体数量有限，径向刚度是变化的，易引起振动，阻尼低， 振幅较大。滚动轴承的径向尺寸比滑动轴承大。
方向所施加的作用力大小来表示。 如图，当主轴外伸端受径向
作用力F，受力方向上的弹性位 移为δ 时，刚度K 的表达式为：
K
F
( N/m )
第一节 主轴组件设计
（1）静刚度 主轴组件在静载荷作用下抵抗变形的能力，表 示为 Kj =Fj /δj 。 （2）动刚度 主轴组件在额定载荷作用下抵抗变形的能力，表 示为 Kd =Fd /δd 。
5.主轴组件的刚度校核 1）静刚度 2）动刚度 3）切削稳定性 6.提高主轴组件性能的措施 1）提高旋转精度 a)保证主轴、轴承、轴承孔精度 b)定向误差装配法 2）提高静刚度 a)角接触轴承为前支承时，交点应位于轴承前端； b)传动力方向 c)预紧 d)主轴为带传动时采用卸载装置 3）提高动刚度 提高主轴组件的回转精度；增加阻尼。
存在缺陷以及切削过程中的颤振等引起。
主轴振动直接影响工件的表面加工质量和刀具的使 用寿命，并产生噪声。
第一节 主轴组件设计
4.温升和热变形
热变形 是主轴组件运动时，各相对运动处的摩擦，切削区的
切削热等使主轴组件的温度升高，造成形状、尺寸及位置变化。
热变形会引起轴承间隙变化，润滑油粘度降低，影响 主轴部件的工作性能，降低加工精度。
支承。a.前支承直径大，刚
度高，大齿轮靠前可减少主 轴的弯曲变形，b.而且转矩 传递长度短，扭转变形小， 使用最普遍。
第一节 主轴组件设计
3）传动力方向、位置 传动件在后支承外侧
传动件
放在主轴的后悬伸端， 使前后支承获得较好的 支承跨距。多用于主轴 的带传动。使更换传动 带方便，防止油液的侵 蚀。
主轴前端形式 取决于机床的类型和安装夹具或刀具的形式 。 通用机床已有标准化的形式。 主轴整体结构 是空心阶梯轴，外径从前端到尾部逐渐减小。
第一节 主轴组件设计
2.主轴的材料及热处理
主轴的选材依据：载荷类型、耐磨性、热处理方法。 （1）普通机床主轴 采用45# 或60#优质结构钢。在主轴支承轴颈
及装卡刀具的定位基面进行局部高频淬火，提高耐磨性，硬度为
亲合力很小，摩擦系数小，有自润滑性能，可在供油中断无润滑
时正常工作。适用于高速、超高速、精密机床的主轴组件。
②全陶瓷轴承 适用于耐高温、耐腐蚀、非磁性、电绝缘、要
求减轻重量和超高速场合。
第一节 主轴组件设计
5.磁浮轴承（磁力轴承）
磁浮轴承 是利用磁浮力来支承运动部件，使其与固定部件脱 离接触来实现轴承功能。 磁浮轴承的特点： ① 无机械磨损，运转无噪声，温度低，能耗小；不需要润滑， 不污染环境；能在超低温、高温、真空、蒸气腐蚀性环境中正常
结构 要 求
1、可靠定位。
2、轴端结构应保证刀具、夹具装卡定位可靠。
3、结构工艺性好。 小结：
在一定载荷与转速下，主轴应带动工件或刀具精确地、
稳定地、长期地绕其轴线旋转，且好装、好拆、好修。
第一节 主轴组件设计
二、主轴滚动轴承 1.滚动轴承的特点
◆ 能在转速和载荷变化幅度很大的条件下稳定工作。 ◆ 能在无间隙，甚至在预紧（有一定过盈量）的条件下工作。
（1）满足主轴旋转精度要求
① 主轴前后轴承轴颈的同轴度，
② 锥孔相对于前后轴颈中心连接线的径向跳动， ③ 定心轴颈及其定位轴肩相对于前后轴颈中心连线的径向和 轴向跳动等。
（2）其它性能要求 表面粗糙度，表面硬度等。
第一节 主轴组件设计
四、主轴组件的传动方式及结构设计 1.传动方式
齿轮传动、带传动、同步齿形带传动、电动机直接驱动 （1）齿轮传动 靠轮齿啮合传动。结构简单、紧凑，能传递较 大的扭矩，适应变转速、变载荷工作。 不足点：线速度需<12~15m/s，比带传动的平稳性差。 （2）带传动 靠摩擦力传递动力。结构简单，皮带有弹性可吸 振，传动平稳，噪声小；过载时打滑，具有过载保护作用。适用
三个支承对三支承孔的同心度要求较高，制造装配较复杂。
“主”支承消应除间隙或预紧。“辅助”支承应保留一定的 径向间隙或选用较大游隙的轴承。以免发生干涉，恶化主轴的工
作性能，使空载功率大幅度上升和轴承温升过高。
第一节 主轴组件设计
（2）推力轴承位置配置形式
推力轴承在主轴前后的配置形式 直接影响主轴的热变形方 向和大小。影响主轴的轴向刚度和轴向位置精度。
于中心距较大的两轴间传动。
不足点：传动速比不够准确。
第一节 主轴组件设计
（3）同步齿形带传动 通过带上的齿与带轮上的轮齿传递传动。 齿形带传动 ①无相对滑动，传动比大且准确，传动精度高； ②可传递较大动力，不需特别张紧，对轴和轴承压力小，传动平 稳效率高；③不需润滑，耐腐蚀，耐高温。
不足：制造工艺复杂，安装条件高。
机械制造装备设计
第三章 机床主要部件设计
2014年11月26日
第三章 机床主要部件设计
本 章 讲 授 内 容
第一节 第二节 主轴组件设计 支承件设计
第三节
第四节
导轨设计
滚珠丝杠螺母副机构简介
第一节 主轴组件设计
组成 主轴、支承轴承、传动件、定位元件及密封件。 作用 支承并带动工件或刀具旋转进行切削；承受切削力和
第一节 主轴组件设计
五、主轴主要结构参数的确定
1.主轴前轴颈D1 一般按机床
类型、主轴传递的功率或最大加
工直径选择。主轴直径越大其刚 度越大，主轴组件尺寸也越大。 在保证主轴组件刚度的同时，尽量减小轴颈D1的尺寸。 2.主轴内孔直径d 内孔直径d 与主轴的用途有关。在保证主轴 刚度的同时，参考主轴直径和刀杆直径确定d 。 3.主轴前端悬伸量a 取决于主轴端部的结构、前支承轴承的 配置和密封装置的型式和尺寸。在满足结构要求的前提下，尽量 缩短悬伸量a 。
第一节 主轴组件设计
2.选择滚动轴承选择的基本原则
1）转速较高，负载不大，而旋转精度要求较高，采用球轴承。
2）转速较低，负载大或有冲击负载，采用滚子轴承。
3）径向载荷和轴向载荷都较大时，如果转速高，采用角接触 球轴承。如果转速不高，采用圆锥滚子轴承。 4）轴向载荷比径向载荷大得多，但转速较低时，采用两种不 同类型的轴承组合，分别承受轴向和径向负载。 5）径向载荷比轴向载荷大，且转速较高，采用深沟球轴承。
第一节 主轴组件设计
作业题3—1，3—2思考题（1）机床主轴为什么常采用滚动轴承？ （2）圆锥滚子轴承与角接触滚子轴承在应用上有哪些 异同点？
第三章 第一节 主轴主件设计
结束
驱动力，完成表面成形运动。
第一节 主轴组件设计
一、主轴组件应满足的基本要求
使用 要 求
旋 转 精 度
刚 度
抗 振 性
温 升 和 热 变 性
精 度 保 持 性
结构 要 求 与 轴 密 承 封 间 隙 的 调 整 、 润 滑
工 件 、 刀 具 的 定 位 装 夹
主 轴 及 轴 承 的 定 位
便 于 制 造 装 配 和 维 修
（4）电动机直接驱动 对于转速小于3000r/min的主轴，采用异步电动机和联轴器直 接驱动主轴。如 高速内圆磨床的磨头。
对于转速小于8000r/min的轴，采用变频调速电动机直接驱动。
1） 皮 带 传 动 装 置
第一节 主轴组件设计
2.结构设计 （1）主轴的支承数目
1）前、后两个支承 结构简单，制造方便，应用广泛。为提 高刚度，前后支承应消除间隙或预紧。 2）三个支承 ①前、后支承为主要支承，中间支承为辅助支 承；②前、中支承为主要支承，后支承为辅助支承。
第一节 主轴组件设计
使用 要 求
１.旋转精度
旋转精度 指主轴装配后，在空载、低速转动状态下，安装刀 具或工件的主轴部位的径向跳动和轴向跳动。
旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔的制造、装配和调整精度。
主轴组件的旋转精度直接影响工件的加工精度。
第一节 主轴组件设计
2.刚度
刚度 指主轴组件在外载荷作用下抵抗变形的能力。 刚度的大小 以主轴前端产生单位位移的弹性变形时，在位移
第一节 主轴组件设计
5.精度保持性
精度保持性 指主轴组件长期保持其原始制造精度的能力。
明确：
主轴组件丧失原始制造精度的原因——磨损。
如主轴轴承、轴颈表面、装夹工件或刀具的定位表面的磨损。
精度保持性决定于主轴组件的耐磨性能。影响耐磨性的因素
有主轴和轴承的材料、热处理方法、轴承类型及润滑防护措施等。 精度保持性影响机床使用寿命内的加工精度和工作稳定性。
（3）传动件的轴向布置
1) 布置原则：应使由传动力引起的主轴弯曲变形小。应使主
轴前端在影响加工精度的敏感方向上的位移小。 合理布置传动件的位置可以减小主轴的受力和变形，提高
主轴的刚度、改善传动件与轴承的工作条件，还可以增加主 轴的抗振性。
2）传动齿轮 传动件轴向布置尽量靠近前支承，有多个传动件时，最大传 动件应靠近前端。 齿轮在两支承中间靠近前
50~55HRC。 （2）精密、大载荷、有冲击的机床主轴 采用中碳或低碳合金
钢，如40Cr，20Cr。进行高频淬火或渗碳淬火，提高耐磨性，硬
度52~65HRC。
（3）主轴材料的攻关点 怎样减小高速、高效、高精密机床主
轴的热变形、振动。已研制的新型主轴材料有玻璃陶瓷材料。
第一节 主轴组件设计
3.主轴的技术要求
第一节 主轴组件设计
4.主轴支承间垮距L 垮距的大小影响主轴弯曲和前端位移量。
① 支承跨距L过小，主轴弯曲变形较小，但因支承变形引起