数控机床本体设计

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1、文怀兴，夏田.数控机床系统设计.北京：化学工业出版社，2005第7章：数控机床本体设计数控机床本体主要包括机床床身、机床支承件以及导轨等部分。1数控机床支承件的功用和应满足的要求机床中的支承件概述支承件是机床的基本构件，主要是指床身底座、立柱、横梁、工作台、箱体和升降台等大件。这些大件的主要功能首先是支承作用，即支承其他零部件，在机床切削时，承受着一定的重力、切削力、摩擦力、夹紧力；其次是基准作用，即保证机床在使用屮或长期使用后,仍能保证各部件之间正确的相互位置关系和相对运动轨迹。机床中的支承件有的互相

2、固联在一起，有的在导轨上作相对运动。导轨常与支承件制成一体，也有采用装配、镶嵌或粘结方法与支承件相联接。支承件受力受热后的变形和振动将直接影响机床的加工精度和表面质量。因此，正确设计支承件结构、尺寸及布局具有十分重要的意义。支承件应满足的要求：(1)刚度支撑件的刚度是指支撑件在恒定载荷或交变载荷作用下抵抗变形的能力。前者称为静刚度，后者称为动刚度。在切削力、机床部件和工件质量等重力作用下，支承件本身、支撑件与其他部件的接触面就会产生变形，机床原有的几何精度就会被破坏，从而给加工带来误差；如果支撑件刚度不

3、足，不仅会产生变形，还会会产生振动与爬行，从而影响机床的定位精度及其他性能。因此支撑件要有足够大的刚度，即在额定载荷作用下，变形不得超过允许值。(是否有标准)静刚度包括与材料性质、形状及尺寸有关的结构刚度，以及与接触材料、儿何尺寸、硬度、接触面的粗超度、几何精度、加工方法等有关的接触刚度。(2)抗振性(机床振动的性能指标描述)支承件的抗振性是指支承件抵抗受迫振动和自激振动的能力。抵抗受迫振动的能力是指受迫振动的振幅不超过许用值，即要求有足够的静刚度。抵抗自激振东的能力是指在给定的切削条件下，能保证切削的

4、稳定性。(4)内应力支撐件在铸造、焊接及粗加工的过程屮，材料内部会产生内应力，导致变形。支撑件设计应从结构上和材料上保证其内应力要小。时效处理支撑件总体论述：支撑件的性能対整台机床的性能影响很大，其质量约为机床总质量的80%以上，同时支撑件的性能对机床的性能影响很大，所以应正确地对支撑件进行结构设计，并对主要支撐件进行必要的验证和试验，使其能够满足基本要求，并在此前提下减轻重暈，节省材料。2支撑件的静刚度(1)受力和变形分析(2)支撑件的静刚度支掠件的变形一般包括三部分：自身变形、局部变形和接触变形。对

5、于床身，载荷是通过导轨面施加到床身上的。变形应包括床身自身变形、导轨的局部变形以及导轨表面的接触变形。局部变形'和接触变形不可忽略，有时甚至占主导地位。例如车床的刀架和铳床的升降台，由于层次很多，联结变形就可能占相当大的比重。1）提高支撑件自身的刚度支撑件抵抗自身变形的能力称为支撐件的自身刚度，它主要决定于支撑件的材料、形状、尺寸和肋板的布置等。在进行支撐件设计时，应从以下儿个方面考虑提高支撑件的自身刚度。正确选择截面的形状和尺寸支撑件自身刚度应主要考虑弯曲刚度和扭转刚度。在其它条件相同时，抗弯抗扭刚度

6、与截面惯性矩相关。同一材料截面积相等而形状不同时，截面惯性矩相差很大，合理选择截面形状可提髙支撐件本身刚度。一般有以下规律：/空心截面惯性矩比实心的大无论圆形、方形或矩形，都是空心截面的刚度比实心的大,因此床身截面应做成中空形状。因此，在工艺条件许可的情况下，保持横截面不变，加大外廓尺寸，减小壁厚，可提高截面抗弯、抗扭刚度。（很重要）/圆形截面的抗扭刚度比方形的大，而抗弯刚度比方形的小；同样，环形的抗扭刚度比方框型与长框型的大，而抗弯刚度小于后者。工字型截面梁的抗弯刚度最好，长框型次Z,实心圆形最弱。所

7、以承受弯矩为主的支撑件的截面应采用矩形。/封闭截面比不封闭的截面刚度大。（截面上开一个缺口，刚度便大为降低，而为了排屑和在床身内安装一些机构的需要，床身壁上往往必须开孔，不能做成全封闭箱形。）合理布置肋板和肋条肋板的作用是将作用于支撑件的局部载荷传递给其他壁板，从而使整个支撑件承受载荷，达到提高支撑件整体刚度的目的。效果比增加厚度显著。合理的开窗和加盖：开窗的位置对刚度的影响是不同的。若开窗后加盖并拧紧螺钉，可将抗弯刚度恢复到接近未开孔时的程度，用嵌入盖比面覆盖要好。2）提高支撑件联结刚度和局部刚度支撑

8、件连接刚度（螺栓连接）支撑件在联结处抵抗变形的能力，成为支撑件的联结刚度。联结刚度与联结处的材料、几何形状与尺寸、接触面硬度及表面粗超度、儿何精度和加工方法等有关。若支撐件以凸缘联结是，联接刚度决定于螺钉刚度、凸缘刚度和接触刚度。（可用于接合部设计的资料）（螺栓固定接合部，提高刚度的办法）为了保证一定的接触刚度，结合面处的表面粗超度忆应达到8pm,结合面上的压力应不小于1.5・2Mpa。合理布置螺钉的位置和选择合适的螺钉尺寸对提高接触刚度。