3-7支承件设计

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1、第七节支承件设计一、支承件的功能和应满足的基本要求（一）支承件的功能机床的支承件是指床身、立柱、横粱、底座等大件，相互固定联接成机床的基础和框架。机床上其它零、部件可以固定在支承件上，或者工作时在支承件的导轨上运动。因此，支承件的主要功能是保证机床各零、部件之间的相互位置和相对运动精度，并保证机床有足够的静刚度、抗振性、热稳定性和耐用度。所以，支承件的合理设计是机床设计的重要环节之一。以车床为例，支承件是床身，固定联接着床头箱、进给箱和三杜（丝杠、光杠、操纵杠）；大刀架与溜板箱沿着床身导轨运动。床身不仅承受这些部件的重量，而且还要承

2、受切削力、传动力和摩擦力等，在这些力的作用下，不应产生过大的变形和振动；还要保证大刀架沿床身导轨运动的直线度和相对主轴轴线的平行度；受热后产生的热变形不应破坏机床的原始精度；床身导轨应有•一定的耐用度等。（二）支承件应满足的基本要求支承件应满足下列要求；1）应具有足够的刚度和较高的刚度一质量比。2）应具有较好的动态特性，包括较大的位移阻抗（动刚度）和肌尼；整机的低阶频率较高，各阶频率不致引起结构共振；不会因薄壁振动而产生噪声。3）热稳定性好，热变形对机床加工精度的影响较小。4）排屑畅通、吊运安全，并具有良好的结构工艺性。二、支承件的

3、结构设计支承件是机床的一部分，因此设计支承件时，应首先考虑所属机床的类型、布局及常用支承件的形状。在满足机床工作性能的前提下，综合考虑其工艺性。还要根据其使用要求，进行受力和变形分析，再根据所受的力和其它要求（如排屑、W运、安装其它零件等）进行结构设计，初步决定其形状和尺寸。然后，可以利用计算机进行有限元计算，求出其静态刚度和动态特性，再对设计进行修改和完善，选出最佳结构形式，既能保证支承件具有良好的性能，又能尽量减轻重量，节约金属。（一）机床的类型、布局和支承件的形状1.机床的类型机床根据所受外载荷的特点，可分为三类：（1）以切削

4、力为主的中小型机床这类机床的外载荷以切削力为主，工件的质量，移动部件（如车床的刀架）的质量等相对较小，在进行受力分析时可忽略不计。例如车床的刀架从床身的一端移至床身的中部时引起床身弯曲变形可忽略不1十。（2）以移动件的重力和热应力为主的精密和高精密机床这类机床以精加工为主，切削力很小。外载荷以移动部件的重力以及切削产生的热应力为主。如双柱立式坐标镗床，在分析横粱受力和变形时，主要考虑主轴箱从横粱一端移至中部时，引起的横梁的弯曲和扭转变形。（3）重力和切削力必须同时考虑的大型和重型机床这类机床工件较重，移动件的重量较大，切削力也很大，

5、因此受力分析时必须同时考虑工件重力，移动件重力和切削力等载荷，如重型车床、落地镗铣床及龙门式机床等。2.机床的布局形式对支承件形状的影响机床的布局形式直接影响支承件的结构设计。如阁3—84卧式数控车床，因采用不同布局，导致车床床身构造和形状不同。图3—84a是平床身、平拖板；图3—84b是后倾床身、平拖板；图3一84c是平床身、前倾拖板；图3—84d是前倾床身，前倾拖板。床身导轨的倾斜角度有30°、45°、60°、75°。小型数控车床采用45°、60°的较多。中型卧式车床采用前倾床身、前倾拖板布局形式较多，其优点是排屈方便，不使切屑

6、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；床身设计成封闭的箱形，能保证有足够的抗弯和抗扭强度。a)图3-84卧式数控车床的布局形式a）平床身b〉后倾床身c）前嫩掩板d）舵倾床身3.支承件的形状支承件的形状基本上可以分为三类：（1）箱形类支承件在三个方向的尺寸上都相差不多，如各类箱体、底座、升降台等。（2）板块类支承件在两个方向的尺寸上比第三个方向大得多，如工作台、刀架等。（3）梁类支承件在一个方向的尺寸比另两个方向大得多，如立柱、横梁、摇臂、滑枕、床身等。（二）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

7、重M条件下，具有最人静刚度。静刚度主要包括弯曲刚度和扭转刚度，均与截血惯性矩成正比。支承件截囬形状不同，即使同一材料、相等的截面积，其抗弯和抗扭惯性矩也不同。表3—13为截而积近似皆为100平方mm的8种不同截而形状的抗弯和抗扭惯性矩的比较。比较后可知：1）无论是方形、圆形或矩形，空心截而的刚度都比实心的大，而且同样的断而形状和相同大小的面积，外形尺寸大而壁薄的截面，比外形尺寸小而壁厚的截面的抗弯刚度和抗扭刚度都高。所以为提高支承件刚度，支承件的截面应是中空形状。尽可能加大截而足寸，在工艺可能的前提下壁厚尽量薄一些。当然壁¥不能太薄

8、，以免出现薄哦振动。2）圆（环）形截刖的抗扭刚度比方形好，而抗弯刚度比方形低。因此，以承受弯矩为主的支承件的截面形状应取矩形，并以其高度方向为受弯表3-U不两截《的抗胄抗扭憧後使方向；以承受扭矩为主的支承件的截面形状应取圆（环）形。■