金属切削机床戴曙第十一章支承

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1、第十一章支承件第一节支承件应满足的要求和设计步骤第二节支承件的静力分析第三节支承件的静刚度和形状选择第四节支承件的动态分析第五节支承件的热变形特性第六节结构计算的有限元法简介第一节支承件应满足的要求和设计步骤支承件：是机床的基础构件，包括床身、立柱、横梁、摇臂、底座、刀架、工作台、箱体和升降台等。也称为“大件”。作用：承载和作为基准。支承其它机床零部件，保持它们的相对位置，承受各种切削力等。二、对机床支承件的基本要求(一)应具有足够的静刚废和较高的刚度一重量比。性。设计时应力求在满足刚度的基础上，减轻机床重量(二)应有较好的动态特

2、性后者在很大程度上反映了设计的合理节约原材料，降低机床造价。这包括有较大的动刚废和阻尼；与其它部件相配合，使整机的各阶固有频串不致与激振频率重合而产生共振；不会发生薄壁振动而产生噪声等。(二)应具有较好的热变形特性，使整机的热变形较小或热变形对加工精度、表面质量的影响较小。(四)应考虑到便于排屑、清砂，吊运安全；合理地布置液压，电气等器件，并具有良好的工艺性，便于制造和装配。（五）、性能要求（1）应具有足够的静刚度、较高的刚度—重量比。（2）应具有较好的动态特性。支承件的固有频率不致与激振频率重合而产生共振；应具有较大的动刚度（激振力的副值

3、与振副之比）、较大的阻尼，使支承件受到一定副值周期性激振力的作用时，受迫振动的振幅较小。（3）应具有较好的热变形特性。设法减小热变形、不均匀热变形，以降低对加工精度的影响。散热、隔热。加大散热面积、加设散热片、风扇、人工致冷、隔离热源。均热。采用：“热对称”等结构，使热变形对精度的影响较小。二、重要支承件的设计步骤1、进行受力分析。2、初步决定其形状和尺寸。3、进行验算。4、修改、对比，选择最佳方案。第二节支承件的静力分析1．中、小型机床：载荷以切削力为主。重量（工件、移动部件）忽略不计。如中型车床、铣床、钻床、加工中心等。2．精密和高精度

4、机床：载荷以移动件的重力和热应力为主。切削力较小（因以精加工为主）忽略不计。如双柱立式坐标镗床等。3．大型机床：载荷必须同时考虑工件重力、切削力和移动件的重力。如重型车床、落地镗铣床、龙门式机床等。第三节支承件的静刚度和形状选择的原则例：床身载荷是通过导轨面施加到床身上去的。变形包括床身自身的变形，导轨部分局部的变形，导轨表面的接触变形。支承件的变形自身变形局部变形接触变形1．自身刚度（1）自身刚度：在外载荷作用下，支承件本体抵抗变形的能力。（2）自身刚度主要应考虑弯曲刚度和扭转刚度。（3）主要决定于支承件的材料、形状、尺寸、隔板的布置等。

5、2．局部刚度（1）局部刚度：抵抗局部变形的能力。（2）局部变形发生在载荷集中的地方。（3）局部刚度与支承件局部受载荷处的结构、尺寸等有关。3．接触刚度（1）接触刚度：支承件的结合面在外载荷的作用下抵抗接触变形的能力。（2）两个平面接触，平面有一定的宏观不平度，因而实际接触面积只是名义接触面积的一部分；由于微观不平，真正接触的只是一些高点。二、刚度的折算和比较①接触刚度Kj(Mpa/um)是平均压强p与变形δ之比。②Kj不是一个固定值，δ与p的关系是非线性的。当压强很小时，两个面之间只有少数高点接触，接触刚度较低。当压强较大时，这些高点产生了

6、变形，实际接触面积增加，接触刚度提高。支承件的自身刚度和局部刚度对接触压强分布有影响。如自身刚度和局部刚度较高，则接触压强的分布基本上是均匀的，接触刚度也较高。如自身刚度或局部刚度不足，则在集中载荷作用下，构件变形较大，使接触压强分布不均，使接触变形分布也不均，降低了接触刚度。三、支承件的形状选择的原则(1)支承件的变形，主要是弯曲和扭转，与截面惯性矩有关，即与截面形状有关。(2)材料和截面积相同而形状不同时，截面惯性矩相差很大。(3)提高支承件的刚度，必须选取有利的截面形状。表11—2，截面积近似地皆为10000mm2八种不同截面形状的抗

7、弯和抗扭惯性矩的比较。四、隔板（1）隔板：在支承件两外壁间起连接作用的内壁。（2）隔板的作用：把作用于支承件局部地区的载荷传递给其他壁板，从而使整个支承件承受载荷，提高支承件的自身刚度。（3）当支承件不能做成封闭的截形时，则在其内部设置隔板，以提高自身刚度。设置隔板是提高刚度的有效方法之一，其效果比增加壁厚更为显著。五、窗孔(1)支承件外壁开窗孔，会降低抗弯、抗扭刚度，其中抗扭刚度降低更大。应避免在主要承受扭矩的支承件上开孔。(2)对抗弯刚度，与弯曲平面垂直的壁上的窗孔，影响最大。对抗扭刚度，较窄壁上的窗孔，比较宽壁上的影响大。(3)窗孔应

8、靠近支承件的几何中心线附近，孔宽或孔径不超过支承件宽度的0.25倍。(4)窗孔边缘厚一些(翻边)，工作时加盖，并用螺钉上紧，可补偿一部分刚度的损失。六、提高局部刚度1.合理选择连