蒋克荣机械制造装备设计教案.doc

《蒋克荣机械制造装备设计教案.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《蒋克荣机械制造装备设计教案.doc（31页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、2008至2009学年第一学期机械制造装备设计课程教案课程编码：_总学时周学时： 40 / 4 开课时间： 2008 年 9 月 1日第1周 授课年级、专业、班级：05机制3班、 使用教材：_机械制造装备设计_系别/教研室：_机械系_/_机械制造教研室_授课教师： _蒋 克 荣 _本课程教学目的和要求：我国目前机械制造的装备水平还比较落后，国产产品的市场占有率低，严重影响了机械制造业、乃至整个制造业的振兴。本课程为机械工程及自动化专业机械制造方向的主要设计类课程。通过本课程教学，使学生比较系统地掌握机械制造装备设计的基础理论、基本知识和基本方法，掌握机械制造装备先进的设计理论和方法；具备一定的

2、机械制造装备总体设计和结构设计能力，为学生能够设计出具有自主知识产权的机械产品打下坚实的基础。本课程教学方法教师讲授，当堂测验，提问式教学。学生创新精神和实践能力培养方法通过课程设计、创新性研究来培养学生创新精神和实践能力。教材选用原则和特点：根据本课程的性质、教学的基本任务和基本要求，来选择教材。考核方式：闭卷、笔记、测验、大作业。教学参考资料1 戴曙主编.金属切削机床. 北京:机械工业出版社.19942 戴曙主编.机床设计分析(第一、第二集). 北京:北京机床研究所.196519873 廖效果.数字控制机床.武汉：华中理工大学出版社，19924 毕承恩.现代数控机床.北京:机械工业出版社,

3、19915 谭益智主编.柔性制造系统.北京:兵器工业出版社,19956 日本机器人学会编.机器人技术手册.宗光华等译.北京:科学出版社,1996对教案的分析总结周 次第1周至第 1周授课时间章 节名 称绪论授 课方 式理论课（ ）、实验课（ ）实践课（ ）、实 习（ ）教学时数2学时教学目的和要求了解机械制造装备及其在国民经济中的重要作用,掌握机械制造装备应具备的主要功能,机械制造装备的定义,分类。教 学方 法教师讲授，课堂讨论，提问式教学。教 学重 点难 点表述以下方面：1、重点；机械制造装备的定义，分类、机械制造装备应具备的主要功能。2、难点；柔性化和精密化的概念。讨 论练 习作 业1、选

4、择练习题巩固学生学习的知识。2、安排作业见P12第3题。3、讨论思考题。教研室主任审批意见教 学 后 记教学内容要点(可附另页)第一节 机械制造装备及其在国民经济中的重要作用1.1 机械制造装备及其在国民经济中的重要作用 1、制造业是一个国家或地区经济发展的重 要支柱2、机械制造业是制造业的核心3、机械制造业的发展状况第二节 机械制造装备应具备的主要功能1.2 机械制造装备应具备的主要功能 1、一般的功能要求2、柔性化3、精密化4、自动化5、机电一体化6、节材7、符合工业工程要求8、符合绿色工程要求第三节 机械制造装备的分类1.3 机械制造装备的分类 机械制造装备包括加工装备、工艺装备、仓储运

5、输装备和辅助装备四大类。1、加工装备2、工艺装备3、仓储运输装备周 次第1 周至第2 周授课时间章 节名 称第三章：金属切削机床的设计第一节 概述第二节 金属切削机床设计的基本理论第三节 金属切削机床总体设计授 课方 式理论课（ ）、实验课（ ）实践课（ ）、实 习（ ）教学时数6学时教学目的和要求要求学生了解机床设计的基本要求、机床系列型谱的制定、机床运动表面形成方法、运动功能设计、能够绘制机床传动原理图。教 学方 法教师讲授，课堂讨论，提问式教学。教 学重 点难 点表述以下方面：1、重点；机床设计的基本要求；机床运动表面形成方法、运动功能设计。2、难点；机床运动部件产生爬行现象的机理及度量

6、方法，消除爬行现象的措施。3、学生应注意的问题：结合举例，搞清基本概念。讨 论练 习作 业1、选择练习题巩固学生学习的知识。2、安排作业见教材P191 第5、6题。3、讨论思考题。教研室主任审批意见教 学 后 记教学内容要点(可附另页)第三章 金属切削机床设计 第一节 概述3.1 概述一、机床设计应满足的基本要求二、机床设计方法三、机床设计步骤3.1.1 机床设计应满足的基本要求（1）工艺范围 （2）柔性（3）与物流系统的可亲性 （4）刚度（5）精度 （6）噪声（7）成产率和自动化 （8）成本（9）生产周期 （10）可靠性（11）造型与色彩3.1.2 机床设计方法机床设计正在向着“以系统为主的

7、机床设计”方向发展，即在机床设计时要考虑它如何更好地适应FMS等先进制造系统的要求，例如要求具有时、空柔性，与物流的可亲性等等。机床设计方法是根据其设计类型而定。通用机床采用系列化设计方法。系列中基型产品属创新设计类型，其他属变形设计类型。有些类型，如组合机床属组合设计类型。在创新设计类型中，机床总体方案的产生方法可采用分析式设计或创成式设计。3.1.3 机床设计步骤1、确定结构原理方案2、总体设计3、结构设计4、工艺设计5、机床整机综合评价6、 定型设计3.2 金属切削机床设计的基本理论1、机床的运动学原理机床运动学是研究、分析和实现机床期望的加工功能所需要的运动功能配置2、精度3、刚度4、

8、抗振性5、热变形6、噪声3.3 金属切削机床总体设计 一、机床系列型谱的制定中型卧式机床的简略系列型谱表二、机床的运动功能设计金属切削机床的基本功能是提供切削加工所必须的运动和动力。其基本工作原理是：通过刀具与工件之间的相对运动，由刀具切除工件加工表面多余的金属材料，形成工件加工表面的几何形状、尺寸，并达到其精度要求。三、机床总体结构方案设计1、运动功能分配设计2、结构布局设计：立式、卧式、斜置式3、机床总体结构的概略形状与尺寸设计设计的主要依据是：机床总体结构布局设计阶段评价后所保留的机床总体结构布局形态图，驱动与传动设计结果，机床动力参数及加工空间尺寸参数，以及机床整机的刚度及精度分配。四

9、、机床主要参数的设计机床的主要技术参数包括机床的主参数和基本参数，基本参数可包括尺寸参数、运动参数和动力参数。周 次第 2周至第 3周授课时间章 节名 称第三章：金属切削机床的设计第四节 主传动系统设计授 课方 式理论课（ ）、实验课（ ）实践课（ ）、实 习（ ）教学时数6学时教学目的和要求要求学生了解机床主要参数（主参数、尺寸参数、运动参数及动力参数）设计的基本原则。要重点掌握分级变速主传动系统设计的基本内容、步骤及一般原则，包括拟定结构式、转速图，合理分配各变速组中各传动副的传动比，确定齿轮齿数和带轮直径，绘制主变速传动系统图等。教 学方 法教师讲授，课堂讨论，提问式教学。教 学重 点难

10、 点表述以下方面：1、重点；拟定结构式、转速图，合理分配各变速组中各传动副的传动比，确定齿轮齿数和带轮直径，绘制主变速传动系统图2、难点；具有并联、重复转速结构式的拟定。3、学生应注意的问题：结合举例，搞清基本概念。讨 论练 习作 业1、选择练习题巩固学生学习的知识。2、安排作业见习题集P192 第24、25、26、28、29、32、33题。3、讨论思考题。教研室主任审批意见教 学 后 记教学内容要点(可附另页)3.4 主传动系设计 一、主传动系设计应满足的基本要求1、 满足机床使用性能要求2、 满足机床传递动力要求3、 满足机床工作性能的要求4、 满足产品设计经济性的要求5、 维修调整方便，

11、结构简单、合理，便于加工和装配。二、主传动系分类和传动方式主传动系一般由动力源（如电动机）、变速装置及执行件（如主轴、刀架、工作台），以及开停、换向和制动机构等部分组成。1、主传动系分类 按驱动主传动的电动机类型：交流电动机驱动、直流电动机驱动。 按传动装置类型：机械传动装置、液压传动装置、电气传动装置以及它们的组合。 按变速的连续性：分极变速传动、无极变速传动。2、主传动系的传动方式 集中传动方式：主传动系的全部传动和变速机构集中装在同一个主轴箱内。 分离传动方式 ：主传动系中的大部分传动和变速机构装在远离主轴的单独变速箱中。 三、分极变速主传动系1、拟定转速图和结构式转速图：在转速图中可以

12、表示出传动轴的数目，传动轴之间的传动关系，主轴的各级转速值及其传动路线，各传动轴的转速分级和转速值，各传动副的传动比等。 结构式：变速组的级比是指主动轴上同一点传往被动轴相邻两传动线的比值，用 表示。级比 中的指数值 称为指数，相当于上述相邻两传动线与被动轴交点之间相距的格数。 2、各变速组的变速范围及极限传动比 变速组中最大与最小传动比的比值，称为 该变速组的变速范围。即： （i=0，1，2，j)在设计机床主传动系时，一般限制降速最小传动比直齿圆柱齿轮的 最大升速比 斜齿圆柱齿轮可取3、主变速传动系设计的一般原则 传动副前多后少的原则 传动顺序与扩大顺序相一致的原则 变速组的变速要前慢后快，

13、中间轴的转速不宜超过电动机的转速4、主变速传动系的几种特殊设计 具有多速电动机的主变速传动系设计采用多速异步电动机和其他方式联合使用，可以简化机床的机械结构，使用方便。 具有交换齿轮的变速传动系交换齿轮的变速组应设计成对称分布的。交换齿轮可用较少的齿轮，以得到多级转速，并使变速箱结构大大简化。 采用公用齿轮的变速传动系采用公用齿轮可以减少齿轮的数目，简化结构，缩短轴向尺寸。5、扩大传动系变速范围的方法 增加比变速组 采用背轮机构 采用双公比的传动系 采用分支传动6、齿轮齿数的确定 对于定比传动的齿轮齿数和带轮直径，可依据机械设计手册推荐的方法确定。 确定齿轮齿数时，选取合理的齿数和是很关键的。

14、各对传动副的齿数和应该是相同的。齿轮的中心距取决于传递的转矩。扭矩越大，中心矩越大。7、计算转速 机床的功率扭转特性：驱动直线运动工作台的这类机床的主运动属恒转矩传动。如刨床的工作台。主运动是旋转运动的机床基本上是恒功率传动。如车床、铣床的主轴。主轴或各传动件传递全部功率的最低转速为它们的计算转速 。变速传动系中传动件计算转速的确定：变速传动系中的传动件包括轴和齿轮，它们的计算转速可根据主轴的计算转速和转速图确定。确定的顺序是先定出主轴的计算转速，再顺次由后往前，定出各传动主轴的计算转速，然后再确定齿轮的计算转速。8、变速箱内传动件的空间布置与计算 变速箱内各传动轴的空间布置 各传动轴是空间布

15、置 各传动轴在一个铅直平面内 变速箱内各传动轴的轴向固定 轴向固定的方法有：一端固定、两端固定。 各传动轴的估算和验算 按扭转刚度估算轴的直径 按弯曲刚度验算轴的直径四、无极变速主传动系1、无级变速装置的分类 机床主传动中常采用的无级变速装置有三大类：变速电动机、机械无级变速装置、液压无级变速装置2、无级变速主传动系设计原则 尽量选择功率和转矩特性符合传动系要求的无级变速装置。无极变速系统装置单独使用时，其调速范围较小，满足不了要求，尤其是恒功率调速范围往往远小于机床实际需要的恒功率 周 次第 4周至第 6周授课时间章 节名 称第三章：金属切削机床的设计第四节 主传动系统设计授 课方 式理论课

16、（ ）、实验课（ ）实践课（ ）、实 习（ ）教学时数6学时教学目的和要求要求学生应正确理解机床的功率扭矩特性，变速传动系统中主轴及传动件计算转速的确定，变速箱内传动件的空间布置与计算，数控机床无级变速传动系统的设计。教 学方 法教师讲授，课堂讨论，提问式教学。教 学重 点难 点表述以下方面：1、重点；变速传动系统中主轴及传动件计算转速的确定。数控机床主传动系统的设计特点等2、难点；变速传动系统中主轴及传动件计算转速的确定。变速传动系统中主轴及传动件计算转速的确定，数控机床主传动系统的设计。3、学生应注意的问题：结合举例，搞清基本概念。讨 论练 习作 业1、选择练习题巩固学生学习的知识。2、安

17、排作业见机械制造装备设计P192第32、33题。3、讨论思考题。教研室主任审批意见教 学 后 记教学内容要点(可附另页)五、数控机床主传动系设计特点1、主传动采用直流或交流电动机无级调速直流电动机无级调速，一般直流电动机恒转矩调速范围较大，达30，甚至更大；而恒功率调速范围较小，仅能达到23。交流电动机无级调速，一般交流电动机体积小，转动惯性小，动态响应快；采用全封闭结构，具有空气强冷，保证高转速和较强的超载能力，具有很宽的调速范围。2、数控机床驱动电动机和主轴功率特性的匹配设计在设计数控机床主传动系时，必须考虑电动机与机床主轴功率特性匹配问题。由于主轴要求的恒功率变速范围 远大于电动机恒功率

18、变速范围 ，所以在电动机与主轴之间要串联一个分级变速箱，以扩大其恒功率调速范围，满足低速大功率切削对电动机输出功率的要求。 3、数控机床高速主传动设计提高主传动系中主轴转速是提高切削速度最直接最有效的方法。对于高速和超高速数控机床主传动，一般采用两种设计方式：一种是采用联轴节将机床主轴和电动机轴串接成一体；另一种是将电动机与主轴联合为一体，制成内装式电主轴。4、数控机床采用部件标准化、模块化结构设计中小型数控车床主传动系设计中，广泛采用模块化的变速箱和主轴单元形式。5、数控机床的柔性化、复合化 数控机床对满足加工对象变换有很强的适应能力（即柔性），因此发展很快。6、虚拟轴机床设计 虚拟机床采用

19、平台闭环并联结构，具有刚度高，运动部件质量轻，机械结构简单，制造成本低等优点。 虚拟轴机床外形图 并联机床课外资料并联运动机床并联运动机床：又称并联结构机床、虚拟轴机床。并联机床是基于空间并联机构Stewart平台原理开发的，是近年才出现的一种新概念机床，它是并联机器人机构与机床结合的产物，是空间机构学、机械制造、数控技术、计算机软硬技术和CAD/CAM技术高度结合的高科技产品。并联机床的特点： 1. 结构简单、价格低。 2. 结构刚度高。 3. 加工速度高，惯性低。4. 加工精度高。 5. 多功能灵活性强。 6. 使用寿命长。 7. 变换座标系方便。周 次第 6 周至第 6周授课时间章 节名

20、 称第三章：金属切削机床设计第五节 进给传动系统设计授 课方 式理论课（ ）、实验课（ ）实践课（ ）、实 习（ ）教学时数2学时教学目的和要求使学生了解进给传动系统设计应满足的基本要求及设计特点，电气伺服进给系统的分类、常用驱动部件的类型、特点及适用场合，理解和掌握电伺服进给系统中常用机械传动部件的设计特点及相关计算教 学方 法教师讲授，课堂讨论，提问式教学。教 学重 点难 点表述以下方面：1、重点；电伺服进给系统中常用机械传动部件的设计特点及相关计算2、难点；电气伺服进给系统中常用机械传动部件结构特点。3、学生应注意的问题：结合举例，搞清基本概念。讨 论练 习作 业1、选择练习题巩固学生学

21、习的知识。2、安排作业见机械制造装备设计P193 第 37、38题。3、讨论思考题。教研室主任审批意见教 学 后 记教学内容要点(可附另页)3.5 进给传动系设计 一、进给传动系设计应满足的基本要求1、进给传动系的组成 动力源、变速机构、换向机构、运动分配机构、过载保险机构、运动转换机构和执行件等。2、进给传动系设计应满足的基本要求 具有足够的静刚度和动刚度；具有良好的快速响应性，不爬性；抗振性好；具有足够宽的调速范围；进给系统的传动精度和定位精度高；结构简单，加工和装配工艺性好。二、电气伺服进给系统1、电气伺服系统的分类 电气伺服进给系统按有无监测和反馈装置分为：开环、闭环和半闭环系统。开环

22、系统 典型的开环系统采用步进电动机，其精度取决于步进电动机的步距角精度，步进电动机只执行部件间传动系的传动精度。这类系统的定位精度较低，但结构简单，调试方便，成本低。适用于精度要求不高的数控机床中。 闭环系统检测反馈装置有两类：用旋转变压器作为位置反馈，测速发电机作为速度反馈；用脉冲编码器兼作位置和速度反馈。后者用的多。闭环控制的定位精度取决于检测装置的精度。其控制精度、动态性能都较好，但是较复杂，安装调试较麻烦，成本高，用于精密型的机床上。半闭环系统半闭环的精度比闭环差，但系统稳定性好，且结构比较简单，调整容易，价格低。 综上所述，对伺服系统的基本要求是：稳定性好，精度要高，快速 响应性好，

23、定位精度高。 2、电气伺服进给系统驱动部件伺服驱动部件如步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机等。对进给驱动部件的基本要求 调速范围宽，低速运行平稳，无爬行；快速响应性好；抗负载振动能力强；可承受频繁启动、制动和反转；振动和噪声小，可靠性高，寿命长；调整维修方便。进给驱动部件的类型步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机、直线伺服电动机3、电气伺服进给传动系中的机械传动部件机械传动部件应满足的基本要求：采用低摩擦传动；伺服系统和机械传动系匹配要合适；选择最佳降速比来降低惯量，最好采用直接传动方式；采用预紧办法提高整个系统的刚度；采用消除传动间隙的方法，减小反向死区误差, 提高运动平稳性和

24、定位精度。机械传动部件设计机械传动部件主要是指齿轮（或同步齿轮带）和丝杠螺母传动副。最低降速比的确定：传动副的最佳降速比应按最大加速度能力和最小惯量的要求确定，以降低机械传动部件的惯量。齿轮传动间隙的消除。齿轮传动间隙的消除有刚性调整法和柔性调整法两类。刚性调整法是调整后尺侧间隙不能自动进行补偿；柔性调整法是指调整后的尺侧间隙可以自动进行补偿。滚珠丝杠及其支承 滚珠丝杠是将旋转运动转换成执行件的直线运动的运动转换机构，它由螺母、丝杠、滚珠、回珠器、密封环等组成。滚珠丝杠的摩擦系数小，传动效率高。滚珠丝杠常采用角接触球轴承或双向推力圆柱滚子轴承与滚针轴承的组合轴承方式。前者一般用在中、小型数控机

25、床，后者则用在轴向刚度高的场合。滚珠丝杠的三种支承方式：一端固定，另一端自由；一端固定，另一端简支承；两端固定。 丝杠的拉压刚度计算：丝杠的综合拉压刚度主要由丝杠的拉压刚度，支承刚度和螺母刚度三部分组成。滚珠丝杠螺母副间隙消除和预紧：同齿轮的传动副一样，滚珠丝杠螺母副必须消除间隙，并施加预紧力，以保证丝杠、滚珠和螺母之间没有间隙，提高螺母丝杠副的接触刚度。 滚珠丝杠螺母副通常采用双螺母结构，滚珠丝杠的预拉伸 滚珠丝杠常采用预拉伸的方式，以提高其拉压刚度和补偿丝杠的热变性。 周 次第7周至第 7周授课时间章 节名 称第三章：金属切削机床的设计第六节 主轴部件设计授 课方 式理论课（ ）、实验课（

26、 ）实践课（ ）、实 习（ ）教学时数4学时教学目的和要求理解主轴部件结构的设计要点，包括主轴部件支承数目的确定，推力轴承位置配置型式的确定，主轴传动件位置的合理布置，主轴的材料、热处理、主要技术要求及主要结构参数的确定等。掌握主轴常用滚动轴承的主要类型、配置型式及精度等级选择的一般原则；了解滚动轴承的常用预紧方法，以及滚动轴承的润滑和密封。了解主轴滑动轴承的主要类型、工作原理及应用场合教 学方 法教师讲授，课堂讨论，提问式教学。教 学重 点难 点表述以下方面：1、重点；主轴常用滚动轴承的主要类型、配置型式及精度等级选择的一般原则、推力轴承位置配置型式的确定；了解滚动轴承的常用预紧方法。2、难

27、点；常用滚动轴承的主要类型、配置型式。3、学生应注意的问题：结合举例，搞清基本概念。讨 论练 习作 业1、选择练习题巩固学生学习的知识。2、安排作业见教材P193 42、43、44题。3、讨论思考题。教研室主任审批意见教 学 后 记教学内容要点(可附另页)3.6 主轴部件设计 一、主轴部件应满足的基本要求主轴部件是机床的执行件，由主轴及其支承轴承、传动件、密封件及定位元件等组成。基本要求： 旋转精度指装配后，在无载荷、低速转动条件下，在安装工件或刀具的主轴部位的径向和轴向跳动。旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔等的制造、装配和调整精度。 刚度指主轴部件在外加载荷作用下抵抗变形的能力。主轴部件的刚

28、度是综合刚度，它是主轴、轴承等刚度的综合反映。抗振性指抵抗受迫振动和自激振动的能力。 温升和热变形指主轴部件运转时，因各相对处的摩擦生热，切削区的切削热等使主轴部件的温度升高，形状尺寸和位置发生变化，造成主轴部件的所谓热变形。 精度保持性指长期地保持其原始制造精度的能力。二、主轴部件的传动方式主轴部件的传动方式主要有齿轮传动、带传动、电动机直接驱动等。 齿轮传动其特点是结构简单、紧凑，能够传递较大的转矩，能适应变转速、变载荷工作，应用最广。缺点是线速度不能过高，通常小于1215m/s，不如带传动平稳。 带传动其特点是靠摩擦力传动（除同步齿形带外）、结构简单、制造容易、成本低，特别适用于中心距较

29、大的两轴间传动。皮带有弹性可吸振，传动平稳，噪声小，适宜高速传动，带传动在过载时会打滑，能起到过载保护作用。缺点是有滑动，不能用在速比要求准确的场合。带传动：同步齿形带是通过带上的齿形与带轮上的轮齿相啮合传递运动和动力。同步齿形带的齿形有两种:梯形齿和圆弧齿。 电动机直接驱动方式：其特点是主轴单元大大简化了结构，有效地提高了主轴部件的刚度，降低了噪声和振动；有较宽的调速范围；有较大的驱动功率和转矩；便于组织专业化生产。它广泛应用于精密机床、高速加工中心和数控车床中。 三、主轴部件结构设计1、主轴部件的支承数目多数机床的主轴采用前、后两个支承。为提高刚度和抗振性，有的机床采用三个支承。三个支承中

30、可以前、后支承为主要支承，中间支承为辅助支承。也可以前、中支承为主要支承，后支承为辅助支承，后者应用较多。2、推力轴承的位置配置型式前端配置指两个方向的推力轴承都布置在前支承外。这类配置方案在前支承处轴承较多，发热大，温升高；但主轴受热后向后伸长，不影响轴向精度，精度高，对提高主轴部件刚度有利。这种配置用于轴向精度和刚度要求较高的高精度机床或数控机床。后端配置指两个方向的推力轴承都布置在后支承处。这类配置方案前支承处轴承较少，发热小，温升低；但主轴受热后向前伸长，影响轴向精度。这种配置用于轴向精度要求不高的普通精度机床，如立铣、多刀车床等。两端配置指两个方向的推力轴承分别布置在前后两个支承处。

31、这类配置方案当主轴受热伸长后，影响主轴轴承的轴向间隙。为避免松动，可用弹簧消除间隙和补偿热膨胀。这种配置常用于短主轴，如组合机床主轴。中间配置指两个方向的推力轴承在前支承的后侧。这类配置方案可减少主轴的悬伸量，并使主轴的热膨胀向后；但前支承结构较复杂，温升也可能较高。3、主轴传动件位置的合理布置传动件在主轴上轴向位置的合理布置合理布置传动件在主轴上的轴向位置，可以改善主轴的受力情况，减少主轴变形，提高主轴的抗振性。主轴上传动件轴向布置时，应尽量靠近前支承，有多个传动件时，其中最大传动件应靠近前支承。驱动主轴的传动轴位置的合理布置主轴受到的驱动力相对于切削力的方向取决于驱动主轴的传动轴位置。 4

32、、主轴主要结构参数的确定 主轴的主要结构参数有主轴前、后轴径直径D1和D2，主轴内孔直径d，主轴前端悬伸量a和主轴主要支承间的跨距L，这些参数将直接影响主轴旋转精度和主轴刚度。主轴前轴径直径D1的选取 主轴内孔直径d的确定 主轴前端悬伸量a的确定 主轴主要支承间跨距L的确定5、主轴主轴的构造和形状主要取决于主轴上所安装的刀具、夹具、传动件、轴承等零件的类型、数量、位置和安装定位方法等。主轴的材料和热处理是普通机床主轴可选用中碳钢（如45钢），调质处理后，在主轴端部、椎孔、定心轴颈或定心锥面等部位进行局部高频淬硬，以提高其耐磨性。四、主轴滚动轴承主轴部件中最重要的组件是轴承。机床上常用的主轴轴承

33、有滚动轴承、液体动压轴承、液体静压轴承、空气静压轴承等。此外还有自调磁浮轴承等适应高速加工的新型轴承。对主轴轴承的要求是旋转精度高、刚度高、承载能力强、极限转速高、适应变速范围大、摩擦小、噪声低、抗振性好、使用寿命长、制造简单、使用维护方便等。1、主轴部件主支承常用的滚动轴承角接触球轴承、双列短圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、推力轴承、双向推力角接触球轴承、陶瓷滚动轴承、磁浮轴承（也称磁力轴承，有转子和定子组成） 2、几种典型的主轴轴承配置型式 主轴轴承的配置型式应根据刚度、转速、承载能力、抗振性和噪声等要求来选择。常见的几种典型配置型式：速度型、刚度型、速度刚度型。速度型：主轴前后轴承都采用角接

34、触球轴承（两联或三联）。轴向切削力越大，角度应越大，且大角度的刚度也大。具有良好的高速性能，承载能力小，如高速CNC车床。刚度型：前支承采用双列短圆柱滚子轴承承受径向载荷和60度角接触双列向心推力轴承承受轴向载荷；后支承采用双列短圆柱滚子轴承，如数控车床主轴。刚度速度型：前轴承采用三联角接触球轴承，后支承采用双列短圆柱滚子轴承。前轴承的配置特点是外侧的两个角接触球轴承大口朝向主轴工作端，承受主要方向的轴向力；第三个角接触球轴承则通过轴套与外侧的两个轴承背靠背配置，使三联角接触球轴承有一个较大支承跨，以提高承受颠覆力矩的刚度。如卧式铣床主轴。 3、滚动轴承精度的选择4、主轴滚动轴承的预紧 预紧就

35、是采用预加载荷的方法消除轴承间隙，而且有一定的过盈量，使滚动体和内外圈接触部分产生预变形，增加接触面积，提高支承刚度和抗振性。预紧力通常分为三级：轻预紧、中预紧和重预紧，代号为A、B、C。5、滚动轴承的润滑和密封 滚动轴承所用的润滑剂主要有润滑脂和润滑油。密封的方式主要有非接触式和接触式 。 五、主轴滑动轴承滑动轴承应有良好的抗振性，旋转精度高，运动平稳等特点，应用于高速或低速的精密、高精密机床和数控机床中。主轴滑动轴承按产生油膜的方式，可分为动压轴承和静压轴承两类。按照流体介质不同可分为液体滑动轴承和气体滑动轴承。1、动压轴承 动压轴承按油楔数分为单油楔和多油楔。多油楔轴承的轴心位置稳定性好

36、，抗振动和冲击性能好。故多采用多油楔轴承。 多油楔轴承有固定多油楔和活动多油楔。2、液体静压轴承液体静压轴承系统：一套专用供油系统、节流器和轴承。静压轴承与动压轴承相比具有的优点：承载能力高；旋转精度高；油膜有均化误差的作用，可提高加工精度；抗振性好；运转平稳；既能在低速下工作，也能在高速下工作；摩擦小，轴承寿命长。缺点是需要一套专用供油设备，轴承制造工艺复杂、成本高。 节流器有两类：固定节流器和可变节流器。3、气体静压轴承用空气作为介质的静压轴承称为气体静压轴承，也称为气浮轴承或空气轴承，其工作原理与液体静压轴承相同。具有气体静压轴承的主轴结构形式主要有三种：具有径向圆柱与平面止推型轴承的主

37、轴部件，采用双半球形气体静压轴承，前端为球形，后端为圆柱形或半球形。 周 次第 8周至第 8周授课时间章 节名 称第三章：金属切削机床的设计第七节 支承件设计第八节 导轨设计授 课方 式理论课（ ）、实验课（ ）实践课（ ）、实 习（ ）教学时数4学时教学目的和要求了解支承件的功能和应满足的基本要求、导轨的功用和应满足的基本要求，导轨的主要结构类型、工作原理及应用场合；理解支承件结构的设计特点、合理选择导轨截面形状、材料及热处理和调整导轨间隙的基本方法。掌握支承件截面形状选择的一般原则，以及提高支承件结构性能的合理措施。教 学方 法教师讲授，课堂讨论，提问式教学。教 学重 点难 点表述以下方面

38、：1、重点；支持件的功能及满足的基本要求、导轨的功能及满足的基本要求，导轨的截面现状的选择和导轨间隙的调整，导轨结构类型及特点。2、难点；导轨间隙的调整。3、学生应注意的问题：结合举例，搞清基本概念。讨 论练 习作 业教研室主任审批意见教 学 后 记教学内容要点(可附另页)3.7 支承件设计 一、支承件的功能和应满足的基本要求机床的支承件是指床身、立柱、横梁、底座等大件。支承件应满足的基本要求：（1）应具有足够的刚度和较高的刚度质量比（2）应具有良好的动态特性，各阶频率不致引起结构共振（3）热稳定性好（4）排屑畅通、调运安全，并具有良好的结构工艺性二、支承件的结构设计1、机床的类型、布局和支承

39、件的形状机床的类型可分为三类：中小型机床、精密和高精密机床、大型和重型机床。机床的布局形式直接影响支承件的结构设计。中型卧式车床采用前倾床身、前倾拖板布局形式较多，优点是排屑困难，不使切屑堆积在导轨上将热量传给床身而产生热变形；容易安装自动排屑装置；创深设计成封闭的箱形，能保证有足够的抗弯和抗扭强度。支承件的基本形状：箱形类、板块类、梁类。支承件结构参考图课外资料2、支承件的截面形状和选择支承件结构的合理设计是应在最小重量条件下，具有最大静刚度。静刚度包括弯曲刚度和扭转刚度，均与截面惯性矩成正比。支承件截面形状不同，即使同一材料、相等的截面面积，其抗弯和扭转惯性矩也不同。比较后可知：空心截面的

40、刚度都比实心的大。圆（环）形截面的抗扭刚度比方形好，而抗弯刚度比方形低。封闭截面的刚度远远大于开口截面的刚度，特别是抗扭刚度。3、支承件筋板和筋条的布置筋板是指连接支承件四周外壁的内板，它能使支承件外壁的局部载荷传递给其他壁板，从而使整个支承件承受载荷，加强支承件的自身和整体刚度。布置方式：水平、垂直、斜向。一般将筋条配置在支承件的某一内壁上，主要为了减小局部变形和薄壁振动，用来提高支承件的局部刚度。筋条的布置：纵向、横向和斜向，常常布置成交叉排列。 4、合理选择支承件的壁厚为减轻机床重量，壁厚应尽可能选得薄些。焊接支承件一般采用钢板与型钢焊接而成。三、支承件的材料支承件常用的材料有铸铁、钢板

41、和型钢、天然花岗岩、预应力钢筋混凝土、树脂混凝土等。 1、铸铁铸造性能好，阻尼系数大，振动衰减性能好，成本低，适于成批生产。要进行时 效处理，以消除内应力。2、钢板焊接结构制造周期短，刚性好，便于产品更新和结构改进，重量轻。3、预应力钢筋混凝土抗振性好，成本低。4、天然花岗岩性能稳定，精度保持性好，抗振性好，热稳定性好，抗氧化性强，不导电，抗磁，与金属不粘结，加工方便。5、树脂混凝土刚度高，具有良好的阻尼性能，抗振性好，热稳定性高，质量轻，可有良好的几何形状精度，极好的耐腐蚀性，成本低，无污染，生产周期短，床身静刚度高。且可以预埋金属或添加加强纤维来提高某些力学性能。床身结构有：整体结构形式、分块结构形式、框架结构形式四、提高支承件结构性能的措施1、提高支承件的静刚度和固有频率提高支承件的静刚度和固有频率的主要方法：根据支承件受力情况合理地选择支承件的材料、截面形状和尺寸、壁厚，合理的布置肋板和肋条，以提高结构整体和局部的弯曲刚度和扭转刚度。2、提高动态特性改善阻尼特性：对于铸件支承件，铸件内砂芯不清除，或在支承件中填充型砂或混凝土等阻尼材料，可以起到减振作用。对焊接支承件，除了可以在内腔中填充混凝土减振外，还可以充分利用结合面间的摩擦阻