第1章支承件导轨设计

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1、2021/7/111金属切削机床设计支承件、导轨设计2021/7/112支承件的功能和应满足的基本要求主要功能：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。应满足下列要求：足够的刚度和较高的刚度—质量比。较好的动态特性，包括较大的位移阻抗（动刚度）和阻尼；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。热稳定性好。排屑畅通、吊运安全，并具有良好的结构工艺性。2021/7/113支承件的结构设计首先考虑所属机床的类型、布局及常用支承件的形状。综合考虑其工艺性。初步决定其形状和尺寸。进行有限元计算，求出其

2、静态刚度和动态特性。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。2021/7/114机床的类型以切削力为主的中小型机床以移动件的重力和热应力为主的精密和高精密机床重力和切削力必须同时考虑的大型和重型机床2021/7/115机床的布局形式对支承件形状的影响卧式数控车床的布局形式a）平床身b)后倾床身c）前倾拖板d)前倾床身2021/7/116机床的布局形式对支承件形状的影响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，其优点是排屑方便，不使切屑堆积

3、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。2021/7/117支承件的形状箱形类: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。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。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。2021/7/118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。静刚度主要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、相等的截面积，其抗弯和抗扭惯性

4、矩也不同。不同截面的抗弯抗扭惯性矩2021/7/1192021/7/1110不同截面的抗弯抗扭惯性矩无论是方形、圆形或矩形，空心截面的刚度都比实心的大，而且同样的断面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。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。2021/7/1111支承件肋板的布置水平布置的肋板有助于提高支承件水平面内弯曲刚度；垂直放置的肋板有助于提高支承件垂直面内的弯曲刚度；而斜向肋板能同时提高支承件的抗弯和抗扭刚度。肋板布置图a）正方形b)X形肋板：加

5、强支承件的自身和整体刚度。2021/7/1112支承件肋板的布置两种结构抗弯和抗扭刚度都很高。应用于受复杂的空间载荷作用的机床。如加工中心、镗铣床等。立式加工中心立柱a)菱形加强肋b)X形加强肋2021/7/1113支承件肋条的布置一般将肋条配置于支承件某一内壁上，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。立柱肋条布置图2021/7/1114支承件肋条的布置局部增设肋条，提高局部刚度。a表示在支承件的固定螺栓、联接螺栓或地脚螺栓处的加强肋。图b为床身导轨处的加强肋。局部加强肋a)底板加强肋b)导轨加强肋2021/7/1115支承件的材料铸铁钢板和型钢天然花岗岩预应

6、力钢筋混凝土树脂混凝土2021/7/1116铸铁一般支承件用灰铸铁，在铸铁中加入少量合金元素可提高耐磨性。铸造性能好，容易获得复杂结构的支承件，同时铸铁的内摩擦力大，阻尼系数大，使振动衰减的性能好成本低。缺点：铸件需要木模芯盒，制造周期长，有时产生缩孔、气泡等缺陷，成本高，适于成批生产。常用的铸件牌号有HT200、HT150、HT100。2021/7/1117钢板焊接结构制造周期短，省去制作木模和铸造工艺；支承件可制成封闭结构，刚性好；便于产品更新和结构改进；钢板焊接支承件固有频率比铸铁高，在刚度要求相同情况下，采用钢焊接支承件可比铸铁支承件壁厚减少一半，重量减轻20%～30％。

7、缺点：钢板材料内摩擦阻尼约为铸铁的1/3，抗振性较铸铁差，为提高机床抗振性能，可采用提高阻尼的方法来改善动态性能。2021/7/1118预应力钢筋混凝土主要用于制作不常移动的大型机械的机身、底座、立柱等支承件。刚度和阻尼比铸铁大几倍，抗振性好，成本较低。钢筋的配置对支承件影响较大。缺点：脆性大，耐腐蚀性差，油渗入导致材质疏松，所以表面应进行喷漆或喷涂塑料。数控车床的底座和床身示意图1一混凝土床身2一内封沙芯2021/7/1119天然花岗岩优点：性能稳定，精度保持性好，抗振性好，阻