第二章金属切削机床典型部件课件

第二章 金属切削机床典型部件第一节 主轴部件第二节 支承件及导轨第三节 自动换刀装置第一节 主轴组件设计 主轴组件由主轴及其支承轴承、传动件、定位元件等组主轴组件由主轴及其支承轴承、传动件、定位元件等组成。成。主轴组件是主运动的执行件，是机床重要的组成部分。主轴组件是主运动的执行件，是机床重要的组成部分。它的功用是缩小主运动的传动误差并将运动传递给工件或刀它的功用是缩小主运动的传动误差并将运动传递给工件或刀具进行切削，形成表面成形运动；承受切削力和传动力等载具进行切削，形成表面成形运动；承受切削力和传动力等载荷。荷。主轴组件直接参与切削，其性能影响加工精度和生产率。主轴组件直接参与切削，其性能影响加工精度和生产率。因而是决定机床性能和经济性指标的重要因素。因而是决定机床性能和经济性指标的重要因素。一、主轴组件的基本要求主轴组件应满足的基本要求主轴组件应满足的基本要求1 1旋转精度旋转精度 主轴的旋转精度，是机床几何精度的组成部分。主轴的旋转精度，是机床几何精度的组成部分。旋转精度是主轴组件装配后，静止或低速空载状态旋转精度是主轴组件装配后，静止或低速空载状态下，刀具或工件安装基面上的全跳动值。它取决于下，刀具或工件安装基面上的全跳动值。它取决于主轴、主轴的支承轴承、箱体孔等的制造精度，装主轴、主轴的支承轴承、箱体孔等的制造精度，装配和调整精度。配和调整精度。2.刚度刚度 静刚度（简称为刚度），是主轴组件在静载荷静刚度（简称为刚度），是主轴组件在静载荷作用下抵抗变形的能力，通常以主轴端部产生单位作用下抵抗变形的能力，通常以主轴端部产生单位位移弹性变形时，位移方向上所施加的力表示。位移弹性变形时，位移方向上所施加的力表示。当外伸端受径向作用力（当外伸端受径向作用力（N N），受力方向上的弹），受力方向上的弹性位移为性位移为（mm）时，主轴的刚度为）时，主轴的刚度为 弹性位移弹性位移是位移方向上的力、主轴组件结构参是位移方向上的力、主轴组件结构参数（如尺寸、支承跨矩、支承刚度等）的函数。为简数（如尺寸、支承跨矩、支承刚度等）的函数。为简化刚度计算，引入柔度（化刚度计算，引入柔度（m/Nm/N），即刚度的倒数。），即刚度的倒数。主轴组件刚度与主轴自身的主轴组件刚度与主轴自身的刚度和支承轴承的刚度相关。主刚度和支承轴承的刚度相关。主轴自身的刚度取决于主轴的惯性轴自身的刚度取决于主轴的惯性矩、主轴端部的悬伸量和支承跨矩、主轴端部的悬伸量和支承跨距；支承轴承刚度由轴承的类型、距；支承轴承刚度由轴承的类型、精度、安装形式、预紧程度等因精度、安装形式、预紧程度等因素决定。素决定。3 3抗震性抗震性 机床在额定载荷下切削时，主轴组件抵抗变形的机床在额定载荷下切削时，主轴组件抵抗变形的能力，称为动态刚度。能力，称为动态刚度。主轴组件的动刚度直接影响加工精度和刀具的耐主轴组件的动刚度直接影响加工精度和刀具的耐用度，是机床重要的性能指标。但目前，抗振性的指用度，是机床重要的性能指标。但目前，抗振性的指标尚无统一标准，设计时可在统计分析的基础上，结标尚无统一标准，设计时可在统计分析的基础上，结合实验进行确定。动态刚度与静刚度成正比，在共振合实验进行确定。动态刚度与静刚度成正比，在共振区，与阻尼（振动的阻力）近似成正比。可通过增加区，与阻尼（振动的阻力）近似成正比。可通过增加静刚度、增加阻尼比来提高动刚度。静刚度、增加阻尼比来提高动刚度。4 4温升与热变形温升与热变形 主轴组件工作时，轴承的摩擦形成热源，切削主轴组件工作时，轴承的摩擦形成热源，切削热和齿轮啮合热的传递，导致主轴部件温度升高，热和齿轮啮合热的传递，导致主轴部件温度升高，产生热变形。主轴热变形可引起轴承间隙变化，轴产生热变形。主轴热变形可引起轴承间隙变化，轴心位置偏移，定位基面的形状尺寸和位置产生变化；心位置偏移，定位基面的形状尺寸和位置产生变化；润滑油温度升高后，粘度下降，阻尼降低；因此主润滑油温度升高后，粘度下降，阻尼降低；因此主轴组件的热变形，将严重影响加工精度。轴组件的热变形，将严重影响加工精度。室温不是室温不是20C20C时，温升时，温升TtTt的许可值按下式计的许可值按下式计算算 5 5耐磨性耐磨性 主轴组件的精度保持性是指长期保持其原始制造主轴组件的精度保持性是指长期保持其原始制造精度的能力，主轴组件主要的失效形式是磨损，所以精度的能力，主轴组件主要的失效形式是磨损，所以精度保持性又称为耐磨性。主要磨损有：主轴轴承的精度保持性又称为耐磨性。主要磨损有：主轴轴承的疲劳磨损，主轴轴颈表面、装卡刀具的定位基面的磨疲劳磨损，主轴轴颈表面、装卡刀具的定位基面的磨损等。磨损的速度与摩擦性质，摩擦副的结构特点，损等。磨损的速度与摩擦性质，摩擦副的结构特点，摩擦副材料的硬度、摩擦面积、摩擦面表面精度，以摩擦副材料的硬度、摩擦面积、摩擦面表面精度，以及润滑方式等有关。如普通机床主轴，一般采用及润滑方式等有关。如普通机床主轴，一般采用4545或或6060号优质结构钢，主轴支承轴颈及装卡刀具的定位基号优质结构钢，主轴支承轴颈及装卡刀具的定位基面，面，G50G5055HRC55HRC。二、主轴轴承（一）、滚动轴承1 1轴承的选择轴承的选择 机床主轴最常用的轴承是滚动轴承。这是因为：机床主轴最常用的轴承是滚动轴承。这是因为：适度预适度预紧后，滚动轴承有足够的刚度，有较高的旋转精度，能满足机紧后，滚动轴承有足够的刚度，有较高的旋转精度，能满足机床主轴的性能要求，能在转速和载荷变化幅度很大的条件下稳床主轴的性能要求，能在转速和载荷变化幅度很大的条件下稳定工作；定工作；由专门生产厂大批量生产，质量稳定，成本低，经由专门生产厂大批量生产，质量稳定，成本低，经济性好。特别是轴承行业针对机床主轴的工作性质，研制生产济性好。特别是轴承行业针对机床主轴的工作性质，研制生产了了NN3000KNN3000K、234400234400及及GametGamet（加梅）轴承，更使滚动轴承占稳（加梅）轴承，更使滚动轴承占稳主轴轴承的主导地位；主轴轴承的主导地位；滚动轴承容易润滑。滚动轴承容易润滑。滚动轴承与滑动轴承相比，缺点为：滚动轴承与滑动轴承相比，缺点为：滚动体的数量有限，因此滚动轴承旋转中的径滚动体的数量有限，因此滚动轴承旋转中的径向刚度是变化的；向刚度是变化的；滚动轴承摩擦力大，摩擦系数为滚动轴承摩擦力大，摩擦系数为 ，阻尼比小，阻尼比小，；滚动轴承的径向尺寸滚动轴承的径向尺寸较大。因此，在动刚度性能高的卧式精密机床（如：较大。因此，在动刚度性能高的卧式精密机床（如：外圆磨床、卧轴平面磨床、精密车床）中，滑动轴承外圆磨床、卧轴平面磨床、精密车床）中，滑动轴承仍有一定应用领域。仍有一定应用领域。主轴组件的抗振性主要取决于前轴承，因而，有主轴组件的抗振性主要取决于前轴承，因而，有的机床前支承采用滑动轴承，后支承采用滚动轴承。的机床前支承采用滑动轴承，后支承采用滚动轴承。2 2主轴滚动轴承的类型选择主轴滚动轴承的类型选择 机床主轴较粗，主轴轴承的直径较大，机床主轴较粗，主轴轴承的直径较大，轴承所承轴承所承受的载荷远小于其额定动载荷，约为受的载荷远小于其额定动载荷，约为1/101/10。因此，一般情况下，因此，一般情况下，承载能力和疲劳寿命不承载能力和疲劳寿命不是选择主轴轴承的主要依据。是选择主轴轴承的主要依据。主轴轴承，应根据刚度、旋转精度和极限转主轴轴承，应根据刚度、旋转精度和极限转速来选择。速来选择。轴承的刚度与轴承的类型有关，线接触的滚子轴承的刚度与轴承的类型有关，线接触的滚子轴承比点接触的球轴承刚度高，双列轴承比单列的轴承比点接触的球轴承刚度高，双列轴承比单列的刚度高，且刚度是载荷的函数，适当预紧不仅能提刚度高，且刚度是载荷的函数，适当预紧不仅能提高旋转精度，也能提高刚度。高旋转精度，也能提高刚度。轴承的极限转速与轴承滚动体的形状有关，同轴承的极限转速与轴承滚动体的形状有关，同等尺寸的轴承，球轴承的极限转速高于滚子轴承，等尺寸的轴承，球轴承的极限转速高于滚子轴承，圆柱滚子轴承的极限转速高于圆锥滚子轴承；同一圆柱滚子轴承的极限转速高于圆锥滚子轴承；同一类型的轴承，滚动体的分布圆越小，滚动体越小，类型的轴承，滚动体的分布圆越小，滚动体越小，极限转速越高。极限转速越高。轴承的轴向承载能力和刚度，由强到弱依次为：轴承的轴向承载能力和刚度，由强到弱依次为：推力球轴承、推力角接触球轴承、圆锥滚子轴承、推力球轴承、推力角接触球轴承、圆锥滚子轴承、角接触球轴承；角接触球轴承；承受轴向载荷轴承的极限转速由高到低为：角接承受轴向载荷轴承的极限转速由高到低为：角接触球轴承、推力角接触球轴承、圆锥滚子轴承、推触球轴承、推力角接触球轴承、圆锥滚子轴承、推力球轴承。力球轴承。3 3轴承的精度选择轴承的精度选择 轴承的精度，应采用轴承的精度，应采用P2P2、P4P4、P5P5级和级和SPSP、UPUP级。级。SPSP、UPUP级轴承的旋转精度相当于级轴承的旋转精度相当于P4P4、P2P2，内外圈的，内外圈的尺寸精度比旋转精度低一级，相当于尺寸精度比旋转精度低一级，相当于P5P5、P4P4级。这级。这是因为轴承的工作精度主要取决于旋转精度，主轴是因为轴承的工作精度主要取决于旋转精度，主轴支承轴颈和箱体轴承孔可按一定配合要求配作，适支承轴颈和箱体轴承孔可按一定配合要求配作，适当降低轴承内外圈的尺寸精度可降低成本。当降低轴承内外圈的尺寸精度可降低成本。切削力方向固定不变的主轴，如：车床、铣床、磨床等，通过滚动体，始终间接地与切削力方向上的外圈滚道表面的一条线（线接触轴承）或一点（球轴承）接触，由于滚动体是大批量生产，且直径小，圆柱度误差小，其圆度误差可忽略，因此，决定主轴旋转精度的是轴承的内圈径向圆跳动决定主轴旋转精度的是轴承的内圈径向圆跳动，即内圈滚道表面相对于轴承内径轴线的同轴度。切削力方向随主轴的旋转同步变化的主轴切削力方向随主轴的旋转同步变化的主轴，主轴支承轴颈的某一条线或点间接地跟半径方向上的外圈滚道表面对应的线或点接触，影响主轴旋转精度的因素为轴承内圈的径向圆跳动、滚动体的圆度误差、外圈的径向圆跳动。由于轴承内圈滚道直径小，且滚道外表面磨削精度高，因而误差较小，主轴旋转精度主要取决于外圈的径向圆跳动，即外圈滚道表面相对于轴承外径轴线的同轴度；前轴承的精度对主轴的影响较大。故前轴承的精度前轴承的精度对主轴的影响较大。故前轴承的精度应比后轴承高一级。应比后轴承高一级。切削力方向固定不变的机床，主轴轴承精度切削力方向固定不变的机床，主轴轴承精度选择选择 机床精度等机床精度等级前前轴承承后后轴承承普通精度普通精度级P5或或P4（SP）P5或或P4（SP）精密精密级机床机床P4（SP）或）或P2（UP）P4（SP）高精度机床高精度机床P2（UP）P2（UP）切削力方向随主轴旋转而同步变化的主轴，轴承按外圈径向圆跳动选择。由于外径尺寸较大，相同精度时误差大，若保持径向圆跳动值不变，可按内圈高一级的轴承精度选择。4 4轴承刚度轴承刚度 轴承存在间隙时，只有切削力方向上的少数几个轴承存在间隙时，只有切削力方向上的少数几个滚动体承载，径向承载能力和刚度极低；轴承零间隙滚动体承载，径向承载能力和刚度极低；轴承零间隙时，在外载作用下，轴线沿方向移动一距离，对应的时，在外载作用下，轴线沿方向移动一距离，对应的半圈滚动体承载，处于外载作用线上的滚动体受力最半圈滚动体承载，处于外载作用线上的滚动体受力最大，其载荷是滚动体平均载荷的大，其载荷是滚动体平均载荷的5 5倍，滚动体的载荷倍，滚动体的载荷随着与外载作用线距离的增大而减小；轴承受轴向载随着与外载作用线距离的增大而减小；轴承受轴向载荷时，各滚动体承受的轴向力相等。滚动体受力方向荷时，各滚动体承受的轴向力相等。滚动体受力方向在接触线上。在接触线上。轴承所承受的径向力、轴向力分别为 、，单个滚动体所承受的最大载荷 、分别为球轴承的钢球直径为 ，在外载作用下轴承的变形为 滚子轴承线接触的长度（滚子不包括两端倒角宽度的长度）为 ，在外载作用下的变形为 滚子轴承的刚度为 零间隙时球轴承的刚度为 计算轴承刚度时，若载荷无法确定，可取该轴承额定动载荷的1/10代替外载。线接触轴承，载荷的0.1次幂与刚度成正比，对刚度的影响较小。计算刚度时，可忽略预紧载荷。点接触轴承，载荷的1/3次幂与刚度成正比，预紧力对轴承刚度影响较大，计算刚度时应考虑预紧力。有预紧力 时，径向和轴向载荷分别是 轴承承载后不受力一侧的滚动体仍能保持与滚道接触。滚子包络圆直径与外圈滚道孔径之差510 （二）、滑动轴承（二）、滑动轴承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，按产生油膜的方式，可分为动压轴承和静压轴承两类。按照流体介质按照流体介质不同可分为液体滑动轴承和气体滑动轴承。（一）动压轴承（一）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，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固定多油楔/74和活动多油楔活动多油楔/75两类。（二）液体静压轴承（二）液体静压轴承液体静压轴承系统：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：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。缺点缺点是需要一套专用供油设备，轴承制造工艺复杂、成本高。定压式静压轴承定压式静压轴承/76节流器有两类节流器有两类：固定节流器和可变节流器。（三）气体静压轴承（三）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：具有气体静压轴承的主轴结构形式主要有三种：（1）具有径向圆柱与平面止推型轴承的主轴部件（2）采用双半球形气体静压轴承 （3）前端为球形，后端为圆柱形或半球形 三、主轴主轴1主轴的结构 主轴的端部安装夹具和刀具，随夹具和刀具的标准化，主轴端部已有统一标准。主轴为外伸梁，承受的载荷从前往后依次降低，故主轴常为阶梯形。车床、铣床、加工中心等机床，为通过棒料或拉紧刀具，主轴为阶梯形空心轴。2、主轴的材料和热处理、主轴的材料和热处理 主轴的载荷相对较小，一般情况下，引起的应力远小于钢的屈服强度。因此，机械强度不是选择主轴材料的依据。当主轴的直径、支承跨距、悬伸量等尺寸参数一定时，主轴的惯性矩为定值；主轴的刚度取决于材料的弹性模量。但各种钢材的弹性模量 几乎没什么差别。因此刚度也不是主轴选材的依据。主轴的材料，只能根据耐磨性、热处理方法及热处理后的变形大小来选择。耐磨性取决于硬度，故机床主轴材料为淬火钢或渗碳淬火钢，高频淬硬。普通机床主轴，一般采用45或60号优质结构钢，主轴支承轴颈及装卡刀具的定位基面，高频淬火，硬度为5055HRC；精密机床主轴，可采用40Cr高频淬硬或低碳合金钢（如20Cr，16MnCr5）渗碳淬火，硬度不低于60HRC。高精度机床主轴，可采用65Mn，淬硬5258HRC 3.主轴参数（1）主轴前支承轴颈的确定主轴前支承轴颈可按主传动功率选择。车床和铣床，主轴为阶梯形，磨床主轴，。主主传动功率功率5.5 kW7.5 kW11 kW15 kW车床床60907511090120100160升降台升降台铣床床60907510090110100120外外圆磨床磨床55707080759075100与实心主轴惯性矩的比值为（2）主轴内孔直径的确定许多机床都是空心主轴，由力学可知，外径为 、内径为 的空心轴的惯性矩为0.50.60.70.750.8刚度度损失失%6.25 12.96 24.01 31.64 40.96从表中可看出，从表中可看出，0.70.7，刚度衰减加快。，刚度衰减加快。因此机床上规定因此机床上规定0.70.7。（3 3）主轴前端部悬伸量的确定）主轴前端部悬伸量的确定 主轴前端部悬伸量主轴前端部悬伸量 是指主轴定位基面至前支是指主轴定位基面至前支承径向支反力作用点之间的距离。承径向支反力作用点之间的距离。悬伸量悬伸量 一般取决于主轴端部的结构形式和尺一般取决于主轴端部的结构形式和尺寸、主轴轴承的布置形式及密封形式。寸、主轴轴承的布置形式及密封形式。在满足结构要求的前提下，应尽量减少悬伸量，在满足结构要求的前提下，应尽量减少悬伸量，提高主轴的刚度。初步确定时可取提高主轴的刚度。初步确定时可取 。为缩短悬伸量，主轴前端部可采用短锥结构；为缩短悬伸量，主轴前端部可采用短锥结构；推力轴承放在前支承内侧，采用角接触轴承取代径推力轴承放在前支承内侧，采用角接触轴承取代径向轴承，接触线与主轴轴线的交点在前支承前面。向轴承，接触线与主轴轴线的交点在前支承前面。推力轴承和主轴传动件产生位置矛盾时，由于推力轴承和主轴传动件产生位置矛盾时，由于悬伸量对主轴刚度的影响大，应首先考虑悬伸量，悬伸量对主轴刚度的影响大，应首先考虑悬伸量，使传动件距前支承略远一些。使传动件距前支承略远一些。（4 4）主轴支承跨距的确定）主轴支承跨距的确定 主轴组件的刚度主要取决于主轴的自身刚度和主轴组件的刚度主要取决于主轴的自身刚度和主轴的支承刚度。主轴的支承刚度。主轴自身的刚度与支承跨距成反比，即在主轴主轴自身的刚度与支承跨距成反比，即在主轴轴颈、悬伸量等参数一定时，跨距越大，主轴端部轴颈、悬伸量等参数一定时，跨距越大，主轴端部变形越大；变形越大；主轴轴承弹性变形引起的主轴端部变形，则随主轴轴承弹性变形引起的主轴端部变形，则随跨距的增大而减小，即跨距越大，轴承刚度对主轴跨距的增大而减小，即跨距越大，轴承刚度对主轴端部的影响越小。端部的影响越小。主轴端部变形主轴端部变形 为为 前后支承的变形量前后支承的变形量 、分别为分别为主轴组件的柔度 为柔度柔度 的二阶导数为的二阶导数为柔度的二阶导数大于零，因此，主轴组件存在最小柔度柔度的二阶导数大于零，因此，主轴组件存在最小柔度 当柔度当柔度 一阶导数等于零时，主轴组件刚度为最大值，一阶导数等于零时，主轴组件刚度为最大值，这时的跨距这时的跨距 应为最佳跨距应为最佳跨距 。即。即 整理后得整理后得四、典型主轴部件四、典型主轴部件 1、车、镗、铣机床类主轴部件、车、镗、铣机床类主轴部件2、钻床类主轴部件、钻床类主轴部件第二节 支承件及导轨 机床的支承件包括床身、立柱、横梁、摇臂、机床的支承件包括床身、立柱、横梁、摇臂、箱体、底座、工作台、升降台等，它们相互连接构箱体、底座、工作台、升降台等，它们相互连接构成机床基础，支承机床工作部件，并保证机床零部成机床基础，支承机床工作部件，并保证机床零部件的相对位置和相对运动精度。因此，支承件决定件的相对位置和相对运动精度。因此，支承件决定了机床的动态刚度，支承件设计是机床设计的重要了机床的动态刚度，支承件设计是机床设计的重要环节之一。环节之一。一、支承件一、支承件（一）、支承件应的功用及基本要求（一）、支承件应的功用及基本要求 1 1）支承件应有足够的静刚度和较高的固有频率。）支承件应有足够的静刚度和较高的固有频率。支承件的静刚度包括整体刚度、局部刚度和接触刚度。支承件的静刚度包括整体刚度、局部刚度和接触刚度。如卧式车床床身，载荷通过支承导轨面施加到床身上，如卧式车床床身，载荷通过支承导轨面施加到床身上，使床身产生整体弯曲扭转变形，且使导轨产生局部变使床身产生整体弯曲扭转变形，且使导轨产生局部变形和导轨面产生接触变形。形和导轨面产生接触变形。支承件的整体刚度又称为自身刚度，与支承件支承件的整体刚度又称为自身刚度，与支承件的材料以及截面形状、尺寸等影响惯性矩的参数有的材料以及截面形状、尺寸等影响惯性矩的参数有关。局部刚度是指支承件载荷集中的局部结构处抵关。局部刚度是指支承件载荷集中的局部结构处抵抗变形的能力；如床身导轨的刚度，主轴箱在主轴抗变形的能力；如床身导轨的刚度，主轴箱在主轴轴承孔处附近部位的刚度，摇臂钻床的摇臂在靠近轴承孔处附近部位的刚度，摇臂钻床的摇臂在靠近立柱处的刚度以及底座安装立柱部位的刚度等。立柱处的刚度以及底座安装立柱部位的刚度等。接触刚度是指支承件的结合面在外载作用下抵抗接触刚度是指支承件的结合面在外载作用下抵抗接触变形的能力，接触刚度用结合面的平均压强接触变形的能力，接触刚度用结合面的平均压强p p（MPaMPa）与变形量）与变形量（mm）之比表示。由于结合面）之比表示。由于结合面在加工中存在平面度误差和表面精度误差，当接触在加工中存在平面度误差和表面精度误差，当接触压强很小时，结合面只有几个高点接触，实际接触压强很小时，结合面只有几个高点接触，实际接触面积很小，接触变形大，接触刚度低；接触压强较面积很小，接触变形大，接触刚度低；接触压强较大时，结合面上的高点产生变形，接触面积扩大，大时，结合面上的高点产生变形，接触面积扩大，变形量的增加比率小于接触压强的增加，因而接触变形量的增加比率小于接触压强的增加，因而接触刚度较高，即接触刚度是压强的函数，随接触压强刚度较高，即接触刚度是压强的函数，随接触压强的增加而增大。的增加而增大。接触刚度还与结合面的结合形式有关，活动接触接触刚度还与结合面的结合形式有关，活动接触面（结合面间有相对运动）的接触刚度小于等接触面面（结合面间有相对运动）的接触刚度小于等接触面积固定接触面（结合面间无相对运动）的接触刚度。积固定接触面（结合面间无相对运动）的接触刚度。由此可知，接触刚度取决于结合面的表面粗糙度和平由此可知，接触刚度取决于结合面的表面粗糙度和平面度、结合面的大小、材料硬度、接触面的压强等因面度、结合面的大小、材料硬度、接触面的压强等因素。素。支承件的固有频率是刚度与质量比值的平方根，支承件的固有频率是刚度与质量比值的平方根，即即 ，固有频率的单位为，固有频率的单位为 ；当激振力；当激振力（断续切削力、旋转零件的离心力等）的频率（断续切削力、旋转零件的离心力等）的频率接接近固有频率时，支承件将产生共振。设计时应使固近固有频率时，支承件将产生共振。设计时应使固有频率高于激振频率有频率高于激振频率30%30%，即，即 。由于激振力。由于激振力多为低频，故支承件应有较高的固有频率。在满足多为低频，故支承件应有较高的固有频率。在满足刚度的前提下，应尽量减小支承件质量。另外，支刚度的前提下，应尽量减小支承件质量。另外，支承件的质量往往占机床总质量的承件的质量往往占机床总质量的80%80%以上，固有频率以上，固有频率在很大程度上反映了支承件的设计合理性。在很大程度上反映了支承件的设计合理性。2 2）良好的动态特性。支承件应有较高静刚度、）良好的动态特性。支承件应有较高静刚度、固有频率，使整机的各阶固有频率远离激振频率，在固有频率，使整机的各阶固有频率远离激振频率，在切削过程中不产生共振；支承件还必须有较大的阻尼，切削过程中不产生共振；支承件还必须有较大的阻尼，以抑制振动的振幅；薄壁面积应小于以抑制振动的振幅；薄壁面积应小于400mm400mm400mm400mm，避免薄壁振动；避免薄壁振动；3 3）支承件应结构合理，成形后进行时效处理，）支承件应结构合理，成形后进行时效处理，充分消除内应力，形状稳定，热变形小，受热变形后充分消除内应力，形状稳定，热变形小，受热变形后对加工精度的影响较小。对加工精度的影响较小。4 4）支承件应排屑畅通；工艺性好，易于制造，）支承件应排屑畅通；工艺性好，易于制造，成本低；吊运安装方便。成本低；吊运安装方便。（二）支承件的结构分析（二）支承件的结构分析1.提高支承件自身刚度和局部刚度提高支承件自身刚度和局部刚度 （1）.空心截面比实心截面的惯性矩大；加大轮廓尺寸，减少壁厚，可提高支承件的刚度；设计时在满足工艺要求的前提下，应尽量减小壁厚。（2）.方形截面的抗弯刚度比圆形截面的抗弯刚度大，而抗扭刚度比圆形截面的抗扭刚度低；矩形截面在高度方向上的抗弯刚度比方形截面的抗弯刚度大，而宽度方向上的抗弯刚度和抗扭刚度比方形截面的抗弯刚度和抗扭刚度小。因此，承受一个方向弯矩为主的支承件，其截面因此，承受一个方向弯矩为主的支承件，其截面形状应为矩形，高度方向应为受弯方向；承受弯扭组形状应为矩形，高度方向应为受弯方向；承受弯扭组合作用的支承件，截面形状应为方形；承受纯扭矩的合作用的支承件，截面形状应为方形；承受纯扭矩的支承件，其截面形状应为圆环形。支承件，其截面形状应为圆环形。（3 3）.不封闭截面的刚度远小于封闭的截面刚不封闭截面的刚度远小于封闭的截面刚度，其抗扭刚度下降更大；因此，在可能的情况下，度，其抗扭刚度下降更大；因此，在可能的情况下，应尽量把支承件做成封闭形状。截面不能封闭的支承应尽量把支承件做成封闭形状。截面不能封闭的支承件应采取补偿刚度的措施。件应采取补偿刚度的措施。（4 4）.隔板和加强肋隔板和加强肋 连接外壁之间的内壁称为隔板，又称为肋板。连接外壁之间的内壁称为隔板，又称为肋板。隔板的作用是将局部载荷传递给其他壁板，从而隔板的作用是将局部载荷传递给其他壁板，从而使整个支承件能比较均匀地承受载荷。因此，支使整个支承件能比较均匀地承受载荷。因此，支承件不能采用全封闭截面时，应采用隔板等措施承件不能采用全封闭截面时，应采用隔板等措施加强支承件的刚度。加强支承件的刚度。相对滑动的连接面和重要的固定结合面须相对滑动的连接面和重要的固定结合面须进行精磨或配对刮研，以增加真实的接触面积，进行精磨或配对刮研，以增加真实的接触面积，提高其接触刚度。固定结合面精磨时，提高其接触刚度。固定结合面精磨时，；配刮削时，在；配刮削时，在25.4mm25.4mm25.4mm25.4mm平面内，高精度平面内，高精度机床均布的刮研点数不少于机床均布的刮研点数不少于1212点，精密机床为点，精密机床为8 8点，普通机床应不少于点，普通机床应不少于6 6点。点。2.2.提高接触刚度提高接触刚度 紧固螺栓应使结合面有不小于紧固螺栓应使结合面有不小于2MPa2MPa的接触压的接触压强，以消除结合面的平面度误差，增大真实的结强，以消除结合面的平面度误差，增大真实的结合面积，提高结合刚度。结合面承受弯矩时，应合面积，提高结合刚度。结合面承受弯矩时，应使较多的紧固螺栓布置在受拉一侧，承受拉应力；使较多的紧固螺栓布置在受拉一侧，承受拉应力；结合面承受扭矩时，螺栓应远离扭转中心，均匀结合面承受扭矩时，螺栓应远离扭转中心，均匀地分布于四周。地分布于四周。3.提高支承件的抗震性提高支承件的抗震性 （1）改善阻尼特性）改善阻尼特性：对于铸件铸件支承件，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 合面间的摩擦阻尼来减小振动。（即分 段焊缝可增大阻尼）。或者采用阻尼涂层采用阻尼涂层。封砂结构床身封砂结构床身/93、悬梁的阻尼 （2）采用新材料制造支承件：）采用新材料制造支承件：刚性高、抗振性 好，热变形小、耐化学腐蚀 4、减少支承件的热变形减少支承件的热变形主要方法有：主要方法有：（1）控制温升：）控制温升：采用分离或隔绝热源方法 （2）采用热对称结构：）采用热对称结构：所谓热对称结构是指在 发生热变形时，其工件或刀具回转中心线 的位置基本保持不变，因而减小了对加工 精度的影响。（3）采用热补偿装置：）采用热补偿装置：采用热补偿装置的基本 方法是在热变形的相反方向上采取措施，产生相应的反方向热变形，使两者之间影 响互相抵消，减少综合热变形。5.合理选择支承件材料及热处理方式 一般支承件用灰铸铁制成，在铸铁中加入少量合一般支承件用灰铸铁制成，在铸铁中加入少量合金元素如铬、硅、稀土元素等可提高其耐磨性。铸铁金元素如铬、硅、稀土元素等可提高其耐磨性。铸铁铸造性能好，容易得到复杂的形状，且阻尼大，有良铸造性能好，容易得到复杂的形状，且阻尼大，有良好的抗振性能，阻尼比。铸件因壁厚不匀导致在冷却好的抗振性能，阻尼比。铸件因壁厚不匀导致在冷却过程中产生铸造应力，所以铸造后必须进行时效处理，过程中产生铸造应力，所以铸造后必须进行时效处理，并尽量采用自然时效。并尽量采用自然时效。自然时效是将铸件放在露天，任其日晒雨淋，少自然时效是将铸件放在露天，任其日晒雨淋，少则则1 1年多则年多则3 35 5年；精密机床支承件，除粗加工前进年；精密机床支承件，除粗加工前进行自然时效外，粗加工后应进行人工时效处理，充行自然时效外，粗加工后应进行人工时效处理，充分消除铸造应力。分消除铸造应力。人工时效是将工件放在人工时效是将工件放在200200以下的退火炉中，以下的退火炉中，以以606080/h80/h的加热速度缓慢加温到的加热速度缓慢加温到530530550550，铸件壁厚铸件壁厚20mm20mm时保温时保温4 4h h，壁厚每增加，壁厚每增加25mm25mm保温时间保温时间增加增加2 2 h h，然后以，然后以30/h30/h的冷却速度炉冷至的冷却速度炉冷至200200以以下出炉。下出炉。梁类支承件如床身、立柱、横梁等，也可利用梁类支承件如床身、立柱、横梁等，也可利用共振原理进行振动时效，消除内应力。共振原理进行振动时效，消除内应力。振动时效时，支承件放在弹性支承（如废轮胎）振动时效时，支承件放在弹性支承（如废轮胎）上，激振器安装在支承件中部。激振器的频率为一上，激振器安装在支承件中部。激振器的频率为一次横向弯曲振动的共振频率。激振器可视为质量偏次横向弯曲振动的共振频率。激振器可视为质量偏心的、偏心矩可调的无级变速电动机。这种方法时心的、偏心矩可调的无级变速电动机。这种方法时效时间短；较人工时效节能。缺点是按照一次弯曲效时间短；较人工时效节能。缺点是按照一次弯曲共振频率时效，中间部分振幅大，消除应力效果好，共振频率时效，中间部分振幅大，消除应力效果好，两端振幅小，效果较差。两端振幅小，效果较差。镶装导轨的支承件，如床身、立柱、横梁、镶装导轨的支承件，如床身、立柱、横梁、底座、工作台等，常用的灰铸铁牌号为底座、工作台等，常用的灰铸铁牌号为HT150HT150；与导轨制作在一起的支承件，常采用；与导轨制作在一起的支承件，常采用HT200HT200；齿轮箱体常采用；齿轮箱体常采用HT250HT250；主轴箱箱体常采用；主轴箱箱体常采用HT300HT300、HT350HT350。用用钢板和型板和型钢焊接支承件，制造周期短，不用制作接支承件，制造周期短，不用制作木模，特木模，特别适合于生适合于生产数量少数量少、品种多的大中型机床品种多的大中型机床床身的制造床身的制造。钢的的弹性模量性模量 ，铸铁的铸铁的弹性模量弹性模量 ，钢的弹性模量约为铸铁的，钢的弹性模量约为铸铁的1.71.7倍，所以钢板焊接床身的抗弯刚度约为铸铁床身的倍，所以钢板焊接床身的抗弯刚度约为铸铁床身的1.451.45倍倍。刚度要求相同时，刚度要求相同时，钢板钢板焊接床身的壁厚比铸铁床身焊接床身的壁厚比铸铁床身减少减少1/21/2，质量减，质量减小小20%20%30%30%。焊接床身可做成封闭的结构焊接床身可做成封闭的结构。钢板。钢板焊接床身的缺焊接床身的缺点是阻尼约为铸铁的点是阻尼约为铸铁的1/31/3，抗振性能差。为提高，抗振性能差。为提高其其抗抗振性能，可采用阻尼焊接结构或在空腔内充入振性能，可采用阻尼焊接结构或在空腔内充入混凝土混凝土等措施。等措施。焊接床身壁厚接床身壁厚 （单位：位：mm）机床机床规格格外壁、隔板外壁、隔板厚度厚度加加强强肋肋厚度厚度导轨支承壁支承壁厚度厚度大型机床大型机床202515203040中型机床中型机床8156121825焊接床身常用钢材型号为Q235A，20号钢 预应力钢筋混凝土预应力钢筋混凝土 预应力钢筋混凝土主要制作不常移动的大型机床预应力钢筋混凝土主要制作不常移动的大型机床的床身、底座、立柱等支承件。钢筋的配置和预应力的床身、底座、立柱等支承件。钢筋的配置和预应力的大小对钢筋混凝土的影响较大。当三个坐标方向都的大小对钢筋混凝土的影响较大。当三个坐标方向都设置钢筋，且预应力皆为设置钢筋，且预应力皆为120120150kN150kN时，预应力钢筋时，预应力钢筋混凝土支承件的刚度比铸铁高几倍，且阻尼比铸铁大，混凝土支承件的刚度比铸铁高几倍，且阻尼比铸铁大，抗振性能优于铸铁；制造工艺简单，成本低。抗振性能优于铸铁；制造工艺简单，成本低。预应力钢筋混凝土缺点是：脆性大，耐腐预应力钢筋混凝土缺点是：脆性大，耐腐蚀性差，油渗入后会导致材质疏松，所以表面蚀性差，油渗入后会导致材质疏松，所以表面应进行喷漆或喷涂塑料，或将钢筋混凝土周边应进行喷漆或喷涂塑料，或将钢筋混凝土周边用金属板覆盖，金属板间焊接封闭结构。支承用金属板覆盖，金属板间焊接封闭结构。支承件的连接，可采用预埋加工后的金属件，或二件的连接，可采用预埋加工后的金属件，或二次浇注。次浇注。树脂混凝土树脂混凝土 树脂混凝土是制造机床床身的新型材料，又称树脂混凝土是制造机床床身的新型材料，又称为人造花岗岩。为人造花岗岩。之所以称为树脂混凝土，是因为以树脂和稀释之所以称为树脂混凝土，是因为以树脂和稀释剂代替混凝土中的水泥和水，与各种尺寸规格的花剂代替混凝土中的水泥和水，与各种尺寸规格的花岗岩块或大理石块等骨料均匀混合、捣实固化而形岗岩块或大理石块等骨料均匀混合、捣实固化而形成的。成的。树脂为粘接剂，相当于水泥，常用不饱和聚酯树脂为粘接剂，相当于水泥，常用不饱和聚酯树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂等合成树脂。树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂等合成树脂。稀释剂的作用是降低树脂粘度，浇注时有较好的稀释剂的作用是降低树脂粘度，浇注时有较好的渗透力，防止固化时产生气泡。有时还要加入固化剂，渗透力，防止固化时产生气泡。有时还要加入固化剂，改变树脂分子链结构，使原有的线型或支链型结构转改变树脂分子链结构，使原有的线型或支链型结构转化成体型分子链结构，有时还要加入增韧剂，提高树化成体型分子链结构，有时还要加入增韧剂，提高树脂混凝土的抗冲击性能和抗弯强度。脂混凝土的抗冲击性能和抗弯强度。树脂混凝土的力学特性及其与铸铁的对比性 能树脂混凝 土铸 铁性 能树脂混凝 土铸 铁密 度2.47.0对数衰减率0.04弹性模量/GPa38122线膨胀系数1610-61110-6抗压强度/MPa145热导率/W/(mK)1.554抗拉强度/MPa14250比热容/J/(kgK)1250544 树脂混凝土的阻尼比为灰铸铁的树脂混凝土的阻尼比为灰铸铁的8 81010倍，因而倍，因而抗振性能好；对切削液、润滑剂等有极好的耐腐蚀性；抗振性能好；对切削液、润滑剂等有极好的耐腐蚀性；与金属粘接力强，可根据不同的结构要求，预埋金属与金属粘接力强，可根据不同的结构要求，预埋金属件，减少金属加工量；生产周期短，浇注时无大气污件，减少金属加工量；生产周期短，浇注时无大气污染，浇注出的床身静刚度比铸铁床身的静刚度高染，浇注出的床身静刚度比铸铁床身的静刚度高16%16%40%40%。树脂混凝土的缺点是某些力学性能，如抗拉强度树脂混凝土的缺点是某些力学性能，如抗拉强度较低。它可用增加预应力钢筋或加强纤维来提高抗弯较低。它可用增加预应力钢筋或加强纤维来提高抗弯刚度；刚度；用钢板焊接出支承件的周边框架，在空腔中充入用钢板焊接出支承件的周边框架，在空腔中充入树脂混凝土而形成的结构，适合于大中型机床结构较树脂混凝土而形成的结构，适合于大中型机床结构较简单的支承件。简单的支承件。6.支承件焊接结构不同焊缝尺寸对构件刚度的影响焊接方式接方式单 面面 焊 缝双双侧焊缝焊角高角高h/mm4.04.04.04.05.55.5焊缝长a/mm220270320 1500 15001500焊缝间距距/mm20314073000焊接率接率(%)58.77285.3100100100固有固有频率率0/Hz175183190196201210静静刚度度K/(N/m)28.430.8 32.6 33.035.035.8阻尼比阻尼比2.30.34 0.33 0.320.290.25动刚度度K/(N/m)132.12.152.12.01.8注：阻尼比注：阻尼比为表中表中值乘以乘以0.001。增加结合面阻尼的焊接结构，它是通过预加载增加结合面阻尼的焊接结构，它是通过预加载荷使焊接部位宽度为荷使焊接部位宽度为B B的平面紧密接触，振动时具有的平面紧密接触，振动时具有一定接触应力的平面相对微小滑移，利用材料结合一定接触应力的平面相对微小滑移，利用材料结合面的摩擦阻尼提高抗振性能。面的摩擦阻尼提高抗振性能。焊接结构和铸件，都可在空腔内充注水泥或高焊接结构和铸件，都可在空腔内充注水泥或高阻尼材料，可进一步提高阻尼比。阻尼材料，可进一步提高阻尼比。二、导二、导 轨轨 导轨的功用是支承并引导运动部件沿一定的轨迹导轨的功用是支承并引导运动部件沿一定的轨迹运动。它承受其支承的运动部件和工件（或刀具）的运动。它承受其支承的运动部件和工件（或刀具）的质量及切削力。质量及切削力。导轨按运动性质可分为主运动导轨、进给运动导导轨按运动性质可分为主运动导轨、进给运动导轨和移置导轨。轨和移置导轨。主运动导轨副之间相对运动速度较高，主要用于主运动导轨副之间相对运动速度较高，主要用于立车花盘，龙门铣刨床、普通刨插床以及拉床、插齿立车花盘，龙门铣刨床、普通刨插床以及拉床、插齿机等的主运动导轨；机等的主运动导轨；(一一)、导、导 轨的功用、分类和基本要求轨的功用、分类和基本要求 1.导轨分类导轨分类 进给运动导轨副之间的相对运动速度较低，机进给运动导轨副之间的相对运动速度较低，机床中大多数导轨属于进给运动导轨。移置导轨的功床中大多数导轨属于进给运动导轨。移置导轨的功能是调整部件之间的相对位置，在机床工作中没有能是调整部件之间的相对位置，在机床工作中没有相对运动，如卧式车床的尾座导轨等。相对运动，如卧式车床的尾座导轨等。导轨按摩擦性质可分为滑动导轨和滚动导轨。导轨按摩擦性质可分为滑动导轨和滚动导轨。滑动导轨又细分为静压滑动导轨、动压滑动导滑动导轨又细分为静压滑动导轨、动压滑动导轨和普通滑动导轨。轨和普通滑动导轨。按受力状态可分按受力状态可分为开式导轨和闭式导为开式导轨和闭式导轨。开式导轨利用部轨。开式导轨利用部件质量和载荷，使导件质量和载荷，使导轨副在全长上始终保轨副在全长上始终保持接触；开式导轨不持接触；开式导轨不能承受较大的倾覆力能承受较大的倾覆力矩，适用于大型机床的水平导轨。矩，适用于大型机床的水平导轨。当倾覆力矩较大时，为保持导轨副始终接触，当倾覆力矩较大时，为保持导轨副始终接触，需增加辅助导轨副（由压块和床身导轨的下底面需增加辅助导轨副（由压块和床身导轨的下底面a a组组成），从而形成闭式导轨。成），从而形成闭式导轨。2.导轨应满足如下要求：导轨应满足如下要求：（1 1）.导向精度导向精度 导向精度主要是指导轨副相对运动时的直线度导向精度主要是指导轨副相对运动时的直线度（直线运动导轨）或圆度（圆周运动导轨）。影响（直线运动导轨）或圆度（圆周运动导轨）。影响导向精度的因素很多，如导轨的几何精度和接触精导向精度的因素很多，如导轨的几何精度和接触精度，导轨的结构形式和装配精度，导轨和支承件的度，导轨的结构形式和装配精度，导轨和支承件的刚度和热变形等；刚度和热变形等；对于动压导轨和静压导轨，还与油膜刚度有关。对于动压导轨和静压导轨，还与油膜刚度有关。（2 2）精度保持性精度保持性 精度保持性是导轨设计制造的关键，也是衡量精度保持性是导轨设计制造的关键，也是衡量机床优劣的重要指标之一。机床优劣的重要指标之一。影响精度保持性的主要因素是磨损，即导轨的影响精度保持性的主要因素是磨损，即导轨的耐磨性。耐磨性。常见的磨损形式有：磨料（或磨粒）磨损、粘着常见的磨损形式有：磨料（或磨粒）磨损、粘着磨损（或咬焊）和疲劳磨损。磨损（或咬焊）和疲劳磨损。磨料磨损常发生在边界摩擦和混合摩擦状态，磨磨料磨损常发生在边界摩擦和混合摩擦状态，磨粒夹在导轨面间随之相对运动，形成对导轨表面的粒夹在导轨面间随之相对运动，形成对导轨表面的“切削切削”，使导轨面划伤。，使导轨面划伤。磨料的来源是润滑油中的杂质和切屑微粒。磨料磨料的来源是润滑油中的杂质和切屑微粒。磨料的硬度越高，相对运动速度越高，压强越大，对导轨的硬度越高，相对运动速度越高，压强越大，对导轨副的危害就越大。副的危害就越大。磨料磨损是不可避免的，因而减少磨料磨损是导磨料磨损是不可避免的，因而减少磨料磨损是导轨保护的重点。轨保护的重点。粘着磨损又称为分子机械磨损。在载荷作用下，粘着磨损又称为分子机械磨损。在载荷作用下，实际接触点上的接触应力很大，以致产生塑性变形，实际接触点上的接触应力很大，以致产生塑性变形，形成小平面接触，在没有油膜的情况下，裸露的金形成小平面接触，在没有油膜的情况下，裸露的金属材料分子之间的相互吸引和渗透，将使接触面形属材料分子之间的相互吸引和渗透，将使接触面形成粘结而发生咬焊。当存在薄而不匀的油膜时，导成粘结而发生咬焊。当存在薄而不匀的油膜时，导轨副相对运动，油膜就会被压碎破裂，造成新生表轨副相对运动，油膜就会被压碎破裂，造成新生表面直接接触，产生咬焊粘着。导轨副的相对运动使面直接接触，产生咬焊粘着。导轨副的相对运动使摩擦面形成粘结咬焊、撕脱、再粘着的循环过程。摩擦面形成粘结咬焊、撕脱、再粘着的循环过程。粘着磨损与润滑状态有关，干摩擦和半干摩擦粘着磨损与润滑状态有关，干摩擦和半干摩擦状态时，极易产生粘着磨损。状态时，极易产生粘着磨损。机床导轨应避免粘着磨损。机床导轨应避免粘着磨损。接触疲劳磨损发生在滚动导轨中。滚动导接触疲劳磨损发生在滚动导轨中。滚动导轨在反复接触应力的作用下，材料表层疲劳，产生轨在反复接触应力的作用下，材料表层疲劳，产生点蚀。点蚀。同样同样接触疲劳磨损也是不可避免的接触疲劳磨损也是不可避免的，它是滚动，它是滚动导轨、滚珠丝杠的主要失效形式。导轨、滚珠丝杠的主要失效形式。（3 3）刚度）刚度 导轨承载后的变形，影响部件之间的相对位置导轨承载后的变形，影响部件之间的相对位置和导向精度。因此要求导轨应具有足够的刚度。和导向精度。因此要求导轨应具有足够的刚度。导轨的变形包括接触变形、扭转变形以及由于导轨的变形包括接触变形、扭转变形以及由于导轨支承件变形而引起的导轨变形。导轨支承件变形而引起的导轨变形。导轨的变形主要取决于导轨的形状、尺寸及与导轨的变形主要取决于导轨的形状、尺寸及与支承件的连接方式、受载情况等。支承件的连接方式、受载情况等。（4 4）低速运动平稳性）低速运动平稳性 当进给传动系统低速转动或间歇微量进给时，应当进给传动系统低速转动或间歇微量进给时，应保证导轨运行平稳、进给量准确，不产生爬行（时快保证导轨运行平稳、进给量准确，不产生爬行（时快时慢或时走时停）现象。时慢或时走时停）现象。低速运动平稳性与导轨的材料及结构尺寸、润滑低速运动平稳性与导轨的材料及结构尺寸、润滑状况、动静摩擦因数之差、导轨运动的传动系统刚度状况、动静摩擦因数之差、导轨运动的传动系统刚度有关。有关。低速运动平稳性对高精度机床尤为重要低速运动平稳性对高精度机床尤为重要。（5 5）结构简单、工艺性好。）结构简单、工艺性好。（二）滑动导轨 1 1导轨材料及热处理导轨材料及热处理 铸铁铸铁 铸铁是一种成本低、有良好减振性和耐铸铁是一种成本低、有良好减振性和耐磨性，易于铸造和切削加工的材料。常用的铸铁有灰磨性，易于铸造和切削加工的材料。常用的铸铁有灰铸铁、孕育铸铁、耐磨铸铁等。铸铁、孕育铸铁、耐磨铸铁等。需手工刮削、且与支承件做成一体的导轨，一般需手工刮削、且与支承件做成一体的导轨，一般采用采用HT200HT200，在润滑与防护较好的条件下有一定的耐，在润滑与防护较好的条件下有一定的耐磨性。磨性。对耐磨性能要求高、精加工方式为磨削、且与床对耐磨性能要求高、精加工方式为磨削、且与床身做成一体的导轨，一般采用孕育铸铁身做成一体的导轨，一般采用孕育铸铁HT300HT300。所谓孕育铸铁，是在铁水中加入少量孕育剂如所谓孕育铸铁，是在铁水中加入少量孕育剂如硅、锰、铝、稀土等，使铸铁获得均匀的珠光体和硅、锰、铝、稀土等，使铸铁获得均匀的珠光体和细片状石墨的金相组织，从而提高强度和硬度。细片状石墨的金相组织，从而提高强度和硬度。HT300HT300孕育铸铁在机床上应用很广，如在卧式车孕育铸铁在机床上应用很广，如在卧式车床、转塔车床、升降台铣床及磨床等机床上都获得床、转塔车床、升降台铣床及磨床等机床上都获得广泛应用。广泛应用。为提高耐磨性能，可进行电接触淬火或高频淬为提高耐磨性能，可进行电接触淬火或高频淬火。火。电接触表面淬火，表层大部分为细小马氏体组电接触表面淬火，表层大部分为细小马氏体组织，淬硬层织，淬硬层0.20.20.25mm0.25mm，表层硬度可达，表层硬度可达50HRC50HRC以上，以上，耐磨性可提高耐磨性可提高1 12 2倍，基本上避免了铸铁导轨的粘倍，基本上避免了铸铁导轨的粘着磨损；着磨损；硬度不低于硬度不低于180HBW180HBW的导轨可进行高频淬火，淬的导轨可进行高频淬火，淬火后硬度为火后硬度为484853HRC53HRC，淬火深度，淬火深度1.21.22.5mm2.5mm，淬，淬硬层组织主要为细小马氏体，高频淬火可使耐磨性硬层组织主要为细小马氏体，高频淬火可使耐磨性提高提高2 2倍以上。倍以上。机床导轨专用耐磨铸铁是在相应牌号的灰铸铁中机床导轨专用耐磨铸铁是在相应牌号的灰铸铁中添加磷、铜、钛、钼、钒等细化晶粒的元素，从而提添加磷、铜、钛、钼、钒等细化晶粒的元素，从而提高了耐磨性。高了耐磨性。普通机床（如车床、磨床等）床身、溜板、工作普通机床（如车床、磨床等）床身、溜板、工作台等支承件及其导轨，可采用高磷耐磨铸铁台等支承件及其导轨，可采用高磷耐磨铸铁MTP30MTP30（含磷量（含磷量0.4%0.4%0.65%0.65%），耐磨性比），耐磨性比HT300HT300提高提高1 1倍以倍以上，目前应用日趋广泛。上，目前应用日趋广泛。钒钛耐磨铸铁适用于制造各类中小型机床的导轨钒钛耐磨铸铁适用于制造各类中小型机床的导轨铸件，它的力学性能好，优于高磷耐磨铸铁，熔铸工铸件，它的力学性能好，优于高磷耐磨铸铁，熔铸工艺简单，耐磨性比孕育铸铁艺简单，耐磨性比孕育铸铁HT300HT300提高提高1.51.52 2倍。倍。精密机床（如坐标镗床、螺纹磨床等）的床身、精密机床（如坐标镗床、螺纹磨床等）的床身、立柱、工作台等支承件及其导轨，采用磷铜钛耐磨立柱、工作台等支承件及其导轨，采用磷铜钛耐磨铸铁铸铁MTPCuTi20MTPCuTi20、MTPCuTi25MTPCuTi25、MTPCuTi30MTPCuTi30，容易保，容易保证铸件质量，耐磨性比证铸件质量，耐磨性比HT300HT300提高提高1.51.52 2倍。倍。中小型精密机床、仪表机床的床身等支承件及中小型精密机床、仪表机床的床身等支承件及其导轨，也可采用铬钼铜耐磨铸铁其导轨，也可采用铬钼铜耐磨铸铁MTCrMoCu25MTCrMoCu25、MTCrMoCu30MTCrMoCu30、MTCrMoCu35MTCrMoCu35，耐磨性比，耐磨性比HT300HT300高高2 2倍以倍以上。上。耐磨铸铁成本较高，为保证导轨耐磨性，支承耐磨铸铁成本较高，为保证导轨耐磨性，支承件采用灰铸铁件采用灰铸铁HT150HT150，耐磨铸铁导轨镶装于支承件上。，耐磨铸铁导轨镶装于支承件上。钢钢 淬硬的钢导轨与铸铁组成的导轨副能够防止粘着淬硬的钢导轨与铸铁组成的导轨副能够防止粘着磨损，抗磨粒磨损的性能比不淬硬的铸铁导轨副高磨损，抗磨粒磨损的性能比不淬硬的铸铁导轨副高5 51010倍，随合金成分和硬度的增加而提高。倍，随合金成分和硬度的增加而提高。镶钢导轨材料有合金工具钢或轴承钢（如镶钢导轨材料有合金工具钢或轴承钢（如9Mn2V9Mn2VGCr15GCr15等）、淬火钢（如等）、淬火钢（如4545、T8AT8A等）、