讲义第3章-2b

机 床
径向载荷，但不能承受较大
设
的颠覆力矩。导向性比平面
计
环形好，但制造较困难。
双锥面导轨：能承受较大的
径向力，轴向力 和一定的颠
覆力矩，制造研磨均较困难
。
2
3、导轨的组合形式
第
双三角形导轨：不需要鑲条调整间隙，接触刚度好，导
三
向性和精度保持性好，但工艺性差，加工、检验和维修都 章
不方便。
典
双矩形导轨：承载能力大、制造简单。导向方式有两种
第
三
3、链式刀库的构成
章
典
链轮的计算及链轮间中心距的确定：
型
SK型
部
HP---T型
件
设
链轮中心距宜取链条节距整数倍为宜。
计
14
3.4.4 带有刀库的自动换刀装置
第
三
章
4、刀库驱动电动机的选择
典
刀库负载转矩的计算 圆盘式刀具负载转矩 链式刀库负载转矩
型 部 件 设
计
刀库加速转矩计算
驱动电动机输出转矩的计算
金属塑料复合导轨:摩擦系数小，低速平稳、刚度好
鑲钢导轨：将淬硬的碳钢或合金钢导轨镶上去，刚度
高、摩擦大？阻尼小？
2、静压导轨
第
静压导轨按结构形式分为开式和闭式两大类。摩擦系数小 三
，无磨损，但结构复杂。精密、高精密机床用。
章
典
定 压 开 式 静
型 部 件 设 计
压
导
轨
第 三 章 典 型 部 件 设 计
磨性和使用寿命；
设
※进行滑动导轨的结构设计和计算；
计
※设计导轨调整间隙装置和补偿方法；
※设计润滑、防护系统装置；
※制定出导轨制造加工、装配的技术要求。
滚动导轨的设计：已系列化、标准化，选用就行
8
3.3.4 提高导轨精度、刚度和耐磨性的措施
第
三
1、合理选择导轨的材料和热处理
章
导轨的材料有铸铁、钢、有色金属、塑料等。
型
——宽式组合和窄式组合。
部
矩形和三角形导轨的组合：导向性好，刚性高，制造方
件
便，应用最广。
设
矩形和燕尾形导轨的组合：能承受较大力矩,调整方便， 计
多用在横梁、立柱、摇臂导轨中。
4、导轨间隙的调整 导轨间隙:间隙过大，影响运动精度和平稳性；间隙过 小，运动阻力大，导轨的磨损加快。必须保证合理间隙 ，且磨损后又能方便地调整，常用压板、鑲条来调整。
部
件
2、定位机构设计
设
刀架的定位机构多采用锥销定位和端齿盘定位
计
端齿盘定位的特点是：定位精度高、重复定位精度 好，位性好，承载能力大。
3.4.4 带有刀库的自动换刀装置
第
三
自动换刀多在加工中心与车削中心上用到。
章
1、数控车床的自动换刀装置
典
型
部
件
设
计
3.4.4 带有刀库的自动换刀装置
第
三
2、加工中心的自动换刀装置
第 三 章
典
压板调整：调整辅助导轨面的间隙和承受颠覆力矩。
型 部
件
设
计
第
三
鑲条调整:矩形导轨和燕尾形导轨的侧向间隙。常用的
章
鑲条有平鑲条和斜鑲条两种。
典
型
部
件
设
计
3
第 三 章
典 型 部 件 设 计
斜镶条的间隙调整
第
三
导向调整板
章
典 型 部 件 设 计
第 三 章
典 型 部 件 设 计
4
3.3.3 导轨的结构类型和特点
典
铸铁导轨：应用最广，良好的抗振性，工艺性和耐磨性 型
，可加合金元素提高耐磨性和力学性能，
部
鑲钢导轨：抗磨损能力强。
件
有色金属：可以防止撕伤，保证运动的平稳性和提高运 设
动精度。
计
塑料：具有摩擦因数低、耐磨性高、抗撕伤能力强、低
速不易爬行、运动平稳、工艺简单、化学性能好、成本低
等特点。常用在精密、数控、大型、重型机床上。刚度低
第
三
3、链式刀库的构成
章
典
准停需要采取的措施：
型
2）链式刀库要选用节距精度较高的套筒滚子链和链轮， 部
而且在把刀套装在链条上时，要用专用夹具来定位，以
件
保证刀套间距一致。
设
3）圆盘式刀库宜采用单头双导程蜗杆传动。
计
4）尽量减小刀套孔径和轴向尺寸的分散度，
5）以保证刀柄槽在换刀位置上的轴向位置精度。
3.4.4 带有刀库的自动换刀装置
设
辅助导轨上的滚动轴承承受。
计
第
液压卸荷：将高压油压入导轨上的一串纵向油槽，产生上 浮力分担部分外载。
三 章
气压卸荷：压缩空气进入工作台气囊，形成气垫而卸荷， 典 因气体可压缩，为使摩擦力基本恒定，而开发了自动调节 型
气压卸荷导轨。
部
件
设
计
第 三 章
典 型 部 件 设 计
6
第
4、滚动导轨：
三
优点：是摩擦因数小，动、静摩擦因数很接近。
偿磨损量
磨损的原因：导轨结合面在一定压强作用下直
接接触并相对运动而造成。
争取不磨损的条件：让结合面在运动时不接触。
方法：保证完全的液体或气体润滑。
3.4 机床刀架和自动换刀装置设计
一、机床刀架的功能、类型和应满足的要求
第 三
章
二、机床的几种典型刀架
典 型
部
三、机床刀架的转位机构和定位机构设计
件 设
计
部 件 设 计
动和液动）转位刀架。
3.4.1 机床刀架和自动换刀装置的功能、类型 第
和应满足的要求
三
章
3、机床刀架应满足的要求
典
型
满足工艺过程要求；
部
保证牢固安装刀具，可精确调整刀具位置；
件
足够的刚度；
设
可靠性高；
计
如果自动换刀，则换刀时间尽量短；
操作方便和安全。
3.4.2 机床的几种典型刀架
闭式静压导轨
5
第
3、卸荷导轨 卸荷导轨：降低导轨面的压力，减少摩擦阻力，从而提高
三 章
导轨的耐磨性和低速运动的平稳性，大、重型机床常用。 典
卸荷系数：卸荷力占总载荷的比值。重型机床取大值0.7 型
，精度要求高时取小值不高于0.5
部
方式：机械卸荷、液压卸荷和气压卸荷。
件
机械卸荷：部分载荷由支撑在
？
动静导轨材质应不同。
3.3.4 提高导轨精度、刚度和耐磨性的措施
第
三
2、导轨的预紧
章
合理地将滚动导轨预紧可以提高其承载能力、运
典
动精度和刚度。
型
3、导轨的良好润滑和可靠防护
部
导轨的良好润滑和可靠防护，可以降低摩擦力，
件
减少磨损，降低温度和防止生锈，延长寿命。
设
4、磨损控制
计
争取无磨损、少磨损、均匀磨损，磨损后应能补
件
设
计
“第三章 典型部件设计”内容回顾：
第
3.1 主轴部件设计
二
主轴部件应满足的基本要求：旋转精度、刚度、抗振
章
性、温升和热变形、精度保持性
金
主轴部件的传动方式*
属
齿轮传动：缺点？
切
带传动（同步带）：特点？应用场合
削
直接驱动：特点、应用场合
机
主轴部件结构设计
床
主轴部件的支承数目*
3.4.4 带有刀库的自动换刀装置
第
三
章
5、换刀机械手
典 型
单臂双爪型机械手
部 件
双臂单爪交叉型机械手
设 计
单臂双爪且手臂回转轴与主轴成45度的机械手
手爪
3.4.5 刀具编码和识别装置
第
1、编码方式 刀具编码方式、刀座编码方式、编码附件方式
三 章
典
2、刀具（刀套）识别装置
型
1)接触式刀具识别装置
部
2)非接触式刀具识别装置
章
缺点：是抗振性差，但可以通过预紧方式提高，结构复 典
杂，成本高。
型
滚动导轨的类型
部
按滚动体分类：滚珠、滚柱、滚针
件
按循环方式分类：循环式、非循环式
设
计
直线滚动导轨副的工作原理
第
三
章
典 型 部 件 设 计
第 三 章
典 型 部 件 设 计
7
第
滚动导轨块
三
用滚子做滚动体，循环滚动。承载能力大、刚度高。
章
初期使用
典
转塔刀架，
型
后来型式
部
多样。
件
设
计
12
3.4.4 带有刀库的自动换刀装置
第
三
章
3、链式刀库的构成
典
链式刀库的类型 链式刀库有一个主动链轮，带动装有刀套的 链条。 方形链式刀库 推荐的链条：带导向轮的SK04型链条
型 部 件 设 计
HP型链条
第 三 章
典 型 部 件 设 计
3.4.4 带有刀库的自动换刀装置
典 型 部 件 设 计
精度保持性好 ：耐磨
低速运动平稳；
结构简单、工艺性好
1
3.3.2 导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整
第
三
1、直线导轨的截面形状
章
主要有四种：
矩形导轨：承载能力大、刚度高 、制造简单、检验和维修方便。但 导向性差-侧向有间隙，不受力。 三角形导轨：磨损时自动补偿磨
典 型 部 件 设
第
三
章
3、链式刀库的构成
典
准停需要采取的措施： 要消除反向间隙的影响。有以下几种：
a.电气系统自动补偿方式。
型 部 件 设
b.在链轮轴上装编码器，对链轮传动进行补偿的
计
方法实现准停。
c.单头双导程蜗杆传动方式
d.使刀套单方向运行 单方向定位方式。
e.使刀套双向运行，单向定位方式。
3.4.4 带有刀库的自动换刀装置
第
1. 卧式车床
三
四方刀架
章
典 型 部 件 设
计
10
3.4.2 机床的几种典型刀架
第
2. 转塔车床的转塔刀架
三 章
典 型 部 件 设 计
3.4.2 机床的几种典型刀架
第
三
3. 数控车床采用的自动转位刀架
章
数控车床是自动化机床，刀架一般采用自动转位。 4. 数控车床采用的排刀式刀架 一般用于小规格数控加工棒料为主车床，换刀快，效率高
典 型 部
件
设
计
3.4.2 机床的几种典型刀架
第
三
5.数控车床采用的12个刀位的回转刀架
章
6.数控车床采用的电动回转刀架
典 型
部
件 设
计
11
3.4.3 机床刀架的转位机构和定位机构设计
第
三
1、机床刀架的转位结构设计
章
液压（或气动）驱动的活塞齿条齿轮转位机构
典
圆柱凸轮步进式转位机构
型
伺服电动驱动的刀架转位
章
典
型
部
件
设
计
预紧：为提高运动精度与刚度
第
螺钉、垫块或斜块移动导轨实现预紧
三
靠尺寸差达到预紧
章
典 型 部 件 设 计
第
5、导轨的设计 滑动导轨的设计：
三 章
※选择滑动导轨的类型和截面形状；
典
ຫໍສະໝຸດ Baidu
※根据机床的工作条件、使用性能，选择合适的
型
导轨类型；
部
※选择合适的导轨材料、热处理方法，保证导轨耐 件
设
推力轴承的配置型式*
计
主轴传动件位置的合理布置*
力，闭式导轨—可承受较大颠覆力
件
设
按摩擦性质分：滑动导轨与滚动导轨
计
图3-48
第
2、导轨应满足的要求 导轨应满足精度高、承载能力大、刚度好、摩擦
三 章
阻力小、运动平稳、精度保持性好、寿命长、结 构简单、工艺性好，便于加工、装配、调整和维 修、成本低等要求。 下面的五个要求尤为突出： 导向精度高 承载能力大，刚度好
损量，不产生间隙。导轨顶角越小
计
，导向性越好，但摩擦力也越大。
小顶角用于轻载荷精密机械，大顶
角用于大型或重型机床。三角形导
轨结构有对称式和不对称式两种。
第
燕尾形导轨：承载较大的颠覆
三
力矩，导轨的高度较小，结构紧
章
凑，间隙调整方便。但刚度较差
典
，加工检验维修都不太方便。适
型
用于受力小、层次多、要求间隙
部
调整方便的部件。
件
圆柱形导轨：制造方便，工艺
设
性好，但磨损后较难调整和补偿
计
间隙。主要用于承受轴向载荷的
导轨，应用较少。
第
2、回转运动导轨的截面形状 平面环形导轨：结构简单、
三 章
制造方便、能承受较大的轴
金
向力，但不能承受径向力，
属
因而必须与主轴联合使用，
切
由主轴来承受径向载荷。
削
锥面环形导轨：除能承受轴 向载荷外，还能承受一定的
3.3 导轨设计
一、导轨的功用和应满足的基本要求
第 三
章
二、导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整 典
型
三、导轨的结构类型及特点
部 件
设 四、提高道轨精度、刚度和耐磨性的措施 计
3.3.1 导轨的功用和应满足的基本要求
第
三
1、导轨的功用和分类
章
功用：导轨的功用是承受载荷和导向。
典
型 导轨按结构形式可分为开式导轨—不能承受过高颠覆 部
四、带刀库的自动换刀装置
五、刀具编码和识别装置
9
3.4.1 机床刀架的功能、类型和应满足的要求 第
三
1、机床刀架的功能 机床上的刀架是安放刀具的重要部件，许多刀架
章 典
还直接参与切削工作。
型
2、机床刀架的类型 按安装刀具的数目分为单刀架和多刀架。 按结构形式分为方刀架、转塔刀架、回轮式刀架等。 按驱动刀架转位的动力分为手动转位刀架和自动（电
件
(1)非接触式磁性识别法
设
(2)光学纤维刀具识别装置
计
3)利用PC（可编程控制器）实现随机换刀
(1)ATC（自动换刀）控制和刀号数据表
(2)刀具的识别
(3)刀具的交换及刀号数据表的修改
15
思考题：
第
三
1、导轨设计应满足哪些要求？
章
2、镶条和压板的作用？
典
3、提高导轨耐磨性的措施？
型 部
4、卸荷的方式有哪几种？各自什么特点？
第
1、滑动导轨 滑动导轨：具有动压效应的混合摩擦状态。动压效应主
三 章
要与摩擦速度、润滑油粘度、导轨面的油沟尺寸和形式等 典
有关。
型
优点：结构简单、制造方便和抗振性好。
部
缺点：磨损快。
件
为提高耐磨性的办法：
设
粘结塑料软带导轨：摩擦性能好、阻尼好、刚度差 计
塑料涂层：低速平稳性好、耐磨性、强度较好
第
三
3、链式刀库的构成
章
刀库的准停 准停需要采取的措施：
典 型 部
1）定位盘准停由液压缸推动的定位销，插入定位盘
件 设
的定位槽内，以实现刀套的准停。
计
这种准停方式的优点：
a.能有效地消除传动链反向间隙的影响；
b.保护传动链，使其免受换刀的撞击力；
c.驱动电动机可不用制动自锁装置。
13
3.4.4 带有刀库的自动换刀装置