第3章金属切削机床7

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1、 床身、立柱横梁、底座等大件。保证机床各零部件之间的相互位置和床身、立柱横梁、底座等大件。保证机床各零部件之间的相互位置和相对运动精度，保证机床有足够的静刚度、抗振性、热稳定性和耐用度相对运动精度，保证机床有足够的静刚度、抗振性、热稳定性和耐用度 l l）应具有足够的刚度和较高的刚度）应具有足够的刚度和较高的刚度- -质量比。质量比。 2 2）应具有较好的动态特性，包括较大的位移阻抗和阻尼；整机的低）应具有较好的动态特性，包括较大的位移阻抗和阻尼；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。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 3）热

2、稳定性好，即热变形对机床加工精度的影响较小。）热稳定性好，即热变形对机床加工精度的影响较小。 4 4）排屑畅通、吊运安全，并具有良好的结构工艺性。）排屑畅通、吊运安全，并具有良好的结构工艺性。1 1）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）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。形状。在满足机床工作性能的前提下，综合考虑其工艺性。 2 2）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）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进行结构设计，初步决定其形状和尺寸。要求进行结构设

3、计，初步决定其形状和尺寸。 3 3）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）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，又能尽量减小质量，节约金属。能，又能尽量减小质量，节约金属。 机床根据所受外载荷的特点，可分为三类：机床根据所受外载荷的特点，可分为三类： l l）以切削力为主的中小型机床以切削力为主的中小型机床外载荷以切削力为主，工件的重力，外载荷以切削力为主，工件的重力，移动部件的重力等相对较小，在进行受力分析时可忽略不计。移动

4、部件的重力等相对较小，在进行受力分析时可忽略不计。 2 2）以移动件的重力和热应力为主的精密和高精密机床以移动件的重力和热应力为主的精密和高精密机床以精加工为以精加工为主，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。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。 3 3）重力和切削力必须同时考虑的大型和重型机床重力和切削力必须同时考虑的大型和重型机床工件较重，移动工件较重，移动件的重力较大，切削力也很大，因此受力分析时必须同时考虑工件重力，件的重力较大，切削力也很大，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。移动件重力和切削力等载荷。 机床

5、的布局形式直接影响支承件的结构设计。一个实例，采用不同布机床的布局形式直接影响支承件的结构设计。一个实例，采用不同布局，导致车床床身构造和形状不同的。如图示：局，导致车床床身构造和形状不同的。如图示： 图图a a是平床身、平拖是平床身、平拖板；图板；图b b 是后倾床身、是后倾床身、平拖板；图平拖板；图c c 是平床身、是平床身、前倾拖板；图前倾拖板；图d d 是前倾是前倾床身、前倾拖板。床身、前倾拖板。 床身导轨的倾斜角度有床身导轨的倾斜角度有30300 0 、45450 0 、60600 0 、75750 0 。小型数控车床采用。小型数控车床采用45450 0、60600 0 的较多。的较

6、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，不使切屑堆积在导轨上将热量传给床身而产生热变形；容易安装屑方便，不使切屑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。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。 支承件的形状基本上可以分为三类：支承件的形状基本上可以分为三类： 箱形类箱形类在三个方向的尺寸上都相差不多，如各类箱体、底座、升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。降台等。 板块类板块类在两

7、个方向的尺寸上比第三个方向大得多，如工作台、刀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。架等。 梁类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。梁、摇臂、滑枕、床身等。l l）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）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。所以为提高支承件刚尺寸小而壁厚的截面的抗

8、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，尽可能加大截面尺寸，在工艺可能的度，支承件的截面应是中空形状，尽可能加大截面尺寸，在工艺可能的前提下壁厚尽量薄一些。当然壁厚不能太薄，以免出现薄壁振动。前提下壁厚尽量薄一些。当然壁厚不能太薄，以免出现薄壁振动。 2 2）圆（环）形截面的抗扭刚度比方形好，而抗弯刚度比方形低。因）圆（环）形截面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方向；以承受转矩为主的支承件的截面形状应取圆（环）形。受弯方向；以承

9、受转矩为主的支承件的截面形状应取圆（环）形。 3 3）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。设计）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。设计时应尽可能把支承件的截面作成封闭形状。但是为了排屑和在床身内安时应尽可能把支承件的截面作成封闭形状。但是为了排屑和在床身内安装一些机构的需要，有时不能作成全封闭形状。装一些机构的需要，有时不能作成全封闭形状。 下图列出下图列出3 3种卧式床身的截面。床身都设计成薄壁空心结构。种卧式床身的截面。床身都设计成薄壁空心结构。 车床车床 镗床等镗床等 大型机床大型机床肋条是比肋板连接范围小的加强结肋条是比肋板连接范围小的加强结构。一

10、般将肋条配置于支承件某一内壁构。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，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。肋条可以用来提高支承件的局部刚度。肋条可以纵向、横向和斜向，常常布置成交叉排纵向、横向和斜向，常常布置成交叉排列，如井字形、米字形等。必须使肋条列，如井字形、米字形等。必须使肋条位于壁板的弯曲平面内，才能有效地减位于壁板的弯曲平面内，才能有效地减少壁板的弯曲变形。肋条厚度一般是床少壁板的弯曲变形。肋条厚度一般是床身壁厚的身壁厚的0.7-0.80.7-0.8倍。倍。 局部增设肋条，提高局部刚度局部增设肋条，提高局部刚度的例子如图示。图的例

11、子如图示。图a a 表示在支承件表示在支承件的固定螺栓、联接螺栓或地脚螺栓的固定螺栓、联接螺栓或地脚螺栓处的加强肋。图处的加强肋。图b b 为床身导轨处的为床身导轨处的加强肋。加强肋。 为减小机床的质量，支承件的壁厚应根据工艺上的可能选择得薄些。为减小机床的质量，支承件的壁厚应根据工艺上的可能选择得薄些。 铸铁支承件的外壁厚可根据当量尺寸铸铁支承件的外壁厚可根据当量尺寸C C 来选择。当量尺寸来选择。当量尺寸C C (m (m）可由）可由下式确定：下式确定：C C = ( 2= ( 2L L + + B B + + H H )/3 )/3 式中，式中，L L 、B B 、H H 分别为支承件的