典型部件設(shè)計(jì)B

1、1第三章第三章 典型部件設(shè)計(jì)典型部件設(shè)計(jì)23支承件支承件指床身、立柱、橫梁、搖臂、底座、刀架、工作臺(tái)、箱指床身、立柱、橫梁、搖臂、底座、刀架、工作臺(tái)、箱體或升降臺(tái)等大尺寸零件，即大件，是機(jī)床的基礎(chǔ)構(gòu)件。體或升降臺(tái)等大尺寸零件，即大件，是機(jī)床的基礎(chǔ)構(gòu)件。功能：功能：相互連接構(gòu)成機(jī)床基礎(chǔ)，支承機(jī)床工作部件，承受相互連接構(gòu)成機(jī)床基礎(chǔ)，支承機(jī)床工作部件，承受載荷，保證機(jī)床各部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。載荷，保證機(jī)床各部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在切削時(shí)，刀具與工件之間相互作用的力沿著大部分支承件逐在切削時(shí)，刀具與工件之間相互作用的力沿著大部分支承件逐個(gè)傳遞并使之變形。個(gè)傳遞并使之變形。機(jī)床的動(dòng)態(tài)力機(jī)床的動(dòng)態(tài)力( (如變動(dòng)的切

2、削力，往復(fù)運(yùn)動(dòng)件的慣性，旋轉(zhuǎn)件如變動(dòng)的切削力，往復(fù)運(yùn)動(dòng)件的慣性，旋轉(zhuǎn)件的不平衡等的不平衡等) )使支承件和整機(jī)振動(dòng)。使支承件和整機(jī)振動(dòng)。支承件的熱變形改變執(zhí)行器官的相對(duì)位置或運(yùn)動(dòng)軌跡。支承件的熱變形改變執(zhí)行器官的相對(duì)位置或運(yùn)動(dòng)軌跡。影響加工精度和表面質(zhì)量。影響加工精度和表面質(zhì)量。（一）支承件的功能41. 應(yīng)具有足夠的靜剛度和較高的固有頻率（二）支承件應(yīng)滿足的基本要求支承件的支承件的靜剛度靜剛度包括整體剛度、局部剛度和接觸剛度。包括整體剛度、局部剛度和接觸剛度。如臥式車床床身，載荷通過支承導(dǎo)軌面施加到床身上，使如臥式車床床身，載荷通過支承導(dǎo)軌面施加到床身上，使床身產(chǎn)生床身產(chǎn)生整體整體彎曲扭轉(zhuǎn)變形

3、，且使導(dǎo)軌產(chǎn)生彎曲扭轉(zhuǎn)變形，且使導(dǎo)軌產(chǎn)生局部局部變形和導(dǎo)變形和導(dǎo)軌面產(chǎn)生軌面產(chǎn)生接觸接觸變形。變形。5支承件的整體剛度又稱為自身剛度，與支承件的材料以及支承件的整體剛度又稱為自身剛度，與支承件的材料以及截面形狀、尺寸等影響慣性矩的參數(shù)有關(guān)。截面形狀、尺寸等影響慣性矩的參數(shù)有關(guān)。6局部剛度局部剛度是指支承件是指支承件載荷集中載荷集中的局部結(jié)構(gòu)處抵抗變的局部結(jié)構(gòu)處抵抗變形的能力。形的能力。如床身導(dǎo)軌的剛度，主軸箱在主軸軸承孔處附近部如床身導(dǎo)軌的剛度，主軸箱在主軸軸承孔處附近部位的剛度，搖臂鉆床的搖臂在靠近立柱處的剛度以位的剛度，搖臂鉆床的搖臂在靠近立柱處的剛度以及底座安裝立柱部位的剛度等。及底座安

4、裝立柱部位的剛度等。主軸箱在主軸支承附近的部位主軸箱在主軸支承附近的部位搖臂鉆床立柱與搖臂的配搖臂鉆床立柱與搖臂的配合部位以及底座裝立柱的合部位以及底座裝立柱的部位部位。7接觸剛度接觸剛度是指支承件的結(jié)合面在外載作用下抵抗接觸變形是指支承件的結(jié)合面在外載作用下抵抗接觸變形的能力。接觸剛度用結(jié)合面的平均壓強(qiáng)的能力。接觸剛度用結(jié)合面的平均壓強(qiáng)p p（MPaMPa）與變形量）與變形量（mm）之比表示。）之比表示。8由于結(jié)合面在加工中存在平面度誤差和表面精度誤差，當(dāng)由于結(jié)合面在加工中存在平面度誤差和表面精度誤差，當(dāng)接觸壓強(qiáng)很小時(shí)，結(jié)合面只有幾個(gè)高點(diǎn)接觸，實(shí)際接觸面接觸壓強(qiáng)很小時(shí)，結(jié)合面只有幾個(gè)高點(diǎn)接觸

5、，實(shí)際接觸面積很小，接觸變形大，接觸剛度低；接觸壓強(qiáng)較大時(shí)，結(jié)積很小，接觸變形大，接觸剛度低；接觸壓強(qiáng)較大時(shí)，結(jié)合面上的高點(diǎn)產(chǎn)生變形，接觸面積擴(kuò)大，合面上的高點(diǎn)產(chǎn)生變形，接觸面積擴(kuò)大，變形量的增加比變形量的增加比率小于接觸壓強(qiáng)的增加率小于接觸壓強(qiáng)的增加，因而接觸剛度較高，即接觸剛度，因而接觸剛度較高，即接觸剛度是壓強(qiáng)的函數(shù)，隨接觸壓強(qiáng)的增加而增大。是壓強(qiáng)的函數(shù)，隨接觸壓強(qiáng)的增加而增大。9接觸剛度還與結(jié)合面的結(jié)合形式有關(guān)，活動(dòng)接觸面（結(jié)合面間接觸剛度還與結(jié)合面的結(jié)合形式有關(guān)，活動(dòng)接觸面（結(jié)合面間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)）的接觸剛度小于等接觸面積固定接觸面（結(jié)合面有相對(duì)運(yùn)動(dòng)）的接觸剛度小于等接觸面積固定接觸面（

6、結(jié)合面間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)）的接觸剛度。間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)）的接觸剛度。由此可知，接觸剛度取決于結(jié)合面的表面粗糙度和平面度、結(jié)由此可知，接觸剛度取決于結(jié)合面的表面粗糙度和平面度、結(jié)合面的大小、材料硬度、接觸面的壓強(qiáng)等因素。合面的大小、材料硬度、接觸面的壓強(qiáng)等因素。10固有頻率固有頻率 為剛度與質(zhì)量比值的平方根，即：為剛度與質(zhì)量比值的平方根，即：2Kmq 當(dāng)激振力當(dāng)激振力（斷續(xù)切削力、旋轉(zhuǎn)零件的離心力等（斷續(xù)切削力、旋轉(zhuǎn)零件的離心力等) )頻率頻率接接近固有頻率近固有頻率0時(shí)，支承件將產(chǎn)生時(shí)，支承件將產(chǎn)生共振共振。由于激振力多為由于激振力多為低頻，故支承件應(yīng)有較高的固有頻率，低頻，故支承件應(yīng)有較高的固有頻率，

7、因此設(shè)計(jì)時(shí)要求因此設(shè)計(jì)時(shí)要求： 0 1.3 q 在滿足剛度前提下，盡量減小支承件的質(zhì)量，提高固在滿足剛度前提下，盡量減小支承件的質(zhì)量，提高固有頻率。另外，支承件的質(zhì)量往往占機(jī)床總質(zhì)量的有頻率。另外，支承件的質(zhì)量往往占機(jī)床總質(zhì)量的80%以上，以上，固有頻率在很大程度上反映了支承件的設(shè)固有頻率在很大程度上反映了支承件的設(shè)計(jì)合理性計(jì)合理性。112良好的動(dòng)態(tài)特性支承件應(yīng)有較高的靜、動(dòng)剛度、固有頻率，支承件應(yīng)有較高的靜、動(dòng)剛度、固有頻率，與其它部件相配與其它部件相配合，合，使整機(jī)的各階固有頻率遠(yuǎn)離激振頻率，在切削過程中不使整機(jī)的各階固有頻率遠(yuǎn)離激振頻率，在切削過程中不產(chǎn)生共振；產(chǎn)生共振；支承件還必須有較

8、大的阻尼，以抑制振動(dòng)的振幅；支承件還必須有較大的阻尼，以抑制振動(dòng)的振幅；薄壁面積應(yīng)小于薄壁面積應(yīng)小于400mm400mm400mm400mm，避免薄壁振動(dòng)和，避免薄壁振動(dòng)和產(chǎn)生噪聲等。產(chǎn)生噪聲等。123結(jié)構(gòu)合理，熱穩(wěn)定性好4有良好的工藝性等排屑暢通、吊運(yùn)方便，易于制造和裝配，成本低。排屑暢通、吊運(yùn)方便，易于制造和裝配，成本低。成形后進(jìn)行時(shí)效處理成形后進(jìn)行時(shí)效處理. .充分消除內(nèi)應(yīng)力，形狀穩(wěn)定，熱變形充分消除內(nèi)應(yīng)力，形狀穩(wěn)定，熱變形小，受熱變形后對(duì)加工精度的影響較小。小，受熱變形后對(duì)加工精度的影響較小。13支承件的設(shè)計(jì)步驟14機(jī)床支承件要承受切削力、零部件重量、傳動(dòng)力等載荷。機(jī)床支承件要承受切削

9、力、零部件重量、傳動(dòng)力等載荷。 支承件所承受的載荷不同，設(shè)計(jì)時(shí)分析其受力方式不同。支承件所承受的載荷不同，設(shè)計(jì)時(shí)分析其受力方式不同。了解支承件的受力情況，產(chǎn)生的變形以及由此引起的加工了解支承件的受力情況，產(chǎn)生的變形以及由此引起的加工誤差是合理設(shè)計(jì)支承件結(jié)構(gòu)的依據(jù)。誤差是合理設(shè)計(jì)支承件結(jié)構(gòu)的依據(jù)。支承件受力分析以切削力為主。支承件受力分析以切削力為主。（一）機(jī)床的類型與支承件的形狀15。1617搖臂鉆床的受力狀況搖臂鉆床的受力狀況切削載荷切削載荷切削轉(zhuǎn)矩切削轉(zhuǎn)矩T T進(jìn)給力進(jìn)給力F Ff f切削載荷經(jīng)主要支承件主軸箱切削載荷經(jīng)主要支承件主軸箱4 4、搖臂、搖臂3 3、立柱立柱2 2和和1 1，傳

10、遞至底座，傳遞至底座5 5上述支承件產(chǎn)生彈性變形上述支承件產(chǎn)生彈性變形彎曲或扭轉(zhuǎn)彎曲或扭轉(zhuǎn)變形的結(jié)果變形的結(jié)果主軸軸線在主軸軸線在yz平面、平面、 xz平面內(nèi)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，使軸線不垂直于底座平面內(nèi)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，使軸線不垂直于底座的頂面的頂面18例一、搖臂鉆床的例一、搖臂鉆床的受力分析受力分析19鉆床精度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了主軸在一定的軸向力鉆床精度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了主軸在一定的軸向力( (模擬模擬F Ff f) )作用下，作用下，主軸軸線在主軸軸線在yzyz和和zxzx面內(nèi)允許的偏轉(zhuǎn)角。面內(nèi)允許的偏轉(zhuǎn)角。軸向力的大小，因機(jī)床的種類、大小而異，見各類鉆床的精軸向力的大小，因機(jī)床的種類、大小而異，見各類鉆床的精度標(biāo)準(zhǔn)。度標(biāo)

11、準(zhǔn)。分析時(shí)，立柱和搖臂可看作是梁類件分析時(shí)，立柱和搖臂可看作是梁類件底座可看作是板類件底座可看作是板類件主軸箱可看作是箱形件主軸箱可看作是箱形件這里主要分析搖臂和立柱，都可看作這里主要分析搖臂和立柱，都可看作是一端固定的懸臂梁是一端固定的懸臂梁20搖臂的受力分析搖臂的受力分析進(jìn)給力進(jìn)給力F Ff f使搖臂在使搖臂在yzyz面內(nèi)受到一彎矩面內(nèi)受到一彎矩M M1 1，最大值最大值F Ff fL L，產(chǎn)生彎曲變形產(chǎn)生彎曲變形主軸與搖臂中性軸之間的距離為主軸與搖臂中性軸之間的距離為e e，故故受到繞受到繞y y軸的扭矩軸的扭矩M M2 2= =F Ff fe e，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形變形切削轉(zhuǎn)矩切削轉(zhuǎn)

12、矩T T作用于搖臂，使它在作用于搖臂，使它在zyzy平面平面內(nèi)產(chǎn)生彎曲變形內(nèi)產(chǎn)生彎曲變形，T T比比F Ff fL L要小得多要小得多21搖臂所受的載荷，主要是豎直搖臂所受的載荷，主要是豎直( (yzyz) )面內(nèi)的彎矩面內(nèi)的彎矩M M1 1和繞和繞y y軸的扭軸的扭矩矩M M2 2使搖臂產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形使搖臂產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形 使主軸偏離其正確位置使主軸偏離其正確位置22搖臂的左端鎖緊在立柱上搖臂的左端鎖緊在立柱上, ,右端懸空右端懸空簡化為一端固定的懸臂梁簡化為一端固定的懸臂梁鉆削時(shí)，主軸上受的軸向進(jìn)給力鉆削時(shí)，主軸上受的軸向進(jìn)給力F F，使搖臂在使搖臂在x-yx-y平面內(nèi)受平面內(nèi)受Mw

13、Mw力矩的作用而產(chǎn)力矩的作用而產(chǎn)生彎曲變形生彎曲變形MwMw在搖臂的長度上呈三角形分布，最大力矩在搖臂的長度上呈三角形分布，最大力矩Mw=FLMw=FL主軸中心偏離搖臂中心軸的距離為主軸中心偏離搖臂中心軸的距離為e e，F(xiàn) F又產(chǎn)生扭矩又產(chǎn)生扭矩T Tn1n1=Fe=Fe，使搖臂產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變使搖臂產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形形扭矩扭矩T Tn1n1 在搖臂的長度上是均勻分布的在搖臂的長度上是均勻分布的主軸上的鉆削扭矩主軸上的鉆削扭矩T Tn2n2在搖臂的長度上也是均勻分布的，而且使搖臂產(chǎn)生的變?cè)趽u臂的長度上也是均勻分布的，而且使搖臂產(chǎn)生的變形很小，可以忽略不計(jì)形很小，可以忽略不計(jì)23搖臂的變形主要搖臂的變形主要

14、X-YX-Y平面內(nèi)的彎曲變形平面內(nèi)的彎曲變形 繞繞X X軸的扭轉(zhuǎn)變形軸的扭轉(zhuǎn)變形它們將影響所鉆孔的位置精度，各孔中心線的平行度和對(duì)基它們將影響所鉆孔的位置精度，各孔中心線的平行度和對(duì)基準(zhǔn)面的垂直度。準(zhǔn)面的垂直度。搖臂上越接近立柱的地方承受的力矩越大，搖臂上越接近立柱的地方承受的力矩越大，搖臂設(shè)計(jì)成變截?fù)u臂設(shè)計(jì)成變截面，在越接近立柱的地方越顯粗壯面，在越接近立柱的地方越顯粗壯。結(jié)論結(jié)論為了減小搖臂的扭轉(zhuǎn)變形，應(yīng)為了減小搖臂的扭轉(zhuǎn)變形，應(yīng)盡量減小盡量減小e e值，所以搖臂鉆床值，所以搖臂鉆床主軸箱應(yīng)設(shè)計(jì)得扁平主軸箱應(yīng)設(shè)計(jì)得扁平。為此傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)平面布置，并為此傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)平面布置，并使搖臂的截面具有較

15、大的扭轉(zhuǎn)使搖臂的截面具有較大的扭轉(zhuǎn)截面矩。截面矩。24在垂直（在垂直（X-ZX-Z）平面內(nèi)，平面內(nèi)，F(xiàn) Fz z（主切削力）（主切削力）經(jīng)刀架作用在經(jīng)刀架作用在床身上，經(jīng)工件作用于主軸箱和尾架上的力為床身上，經(jīng)工件作用于主軸箱和尾架上的力為F F1 1和和F F2 2由由F Fz z將引起床身在垂直方向的彎矩為將引起床身在垂直方向的彎矩為M Mwzwz F Fz z的作用點(diǎn)到主軸中心線的距離為的作用點(diǎn)到主軸中心線的距離為d/2d/2（d d工件直徑工件直徑) )，在床身上還作用有扭矩在床身上還作用有扭矩T Tnznz= F= Fz zd/2d/2例二、臥式車床床身例二、臥式車床床身的受力分析的

16、受力分析25在水平（在水平（x-y x-y ）平面內(nèi)，平面內(nèi)，F(xiàn) Fy y（徑向切削力）（徑向切削力） 經(jīng)刀架作用在床經(jīng)刀架作用在床身上，其反作用力身上，其反作用力 F F3 3和和F F4 4經(jīng)工件作用在主軸箱和尾架上經(jīng)工件作用在主軸箱和尾架上由由F Fy y將引起床身在水平方向的彎矩為將引起床身在水平方向的彎矩為M Mwywy 由于由于F Fy y 的作用點(diǎn)到的作用點(diǎn)到床身中心軸的距離為床身中心軸的距離為h h，對(duì)床身還作用有扭矩對(duì)床身還作用有扭矩T Tnyny= =F Fy yh h結(jié)論：結(jié)論：車床床身變形的主要形式車床床身變形的主要形式是垂直和水平面內(nèi)的彎曲，以及是垂直和水平面內(nèi)的彎曲

17、，以及由由T Tnznz和和T Tnyny聯(lián)合聯(lián)合作用下的扭轉(zhuǎn)作用下的扭轉(zhuǎn)26272112rd22r3rh車床床身變形對(duì)加工精度的影響車床床身變形對(duì)加工精度的影響28車床床身變形對(duì)加工精度的影響車床床身變形對(duì)加工精度的影響根據(jù)車床床身在根據(jù)車床床身在水平面水平面內(nèi)的彎曲變形（近似以內(nèi)的彎曲變形（近似以1 1：1 1反映為反映為工件的半徑誤差）、在工件的半徑誤差）、在垂直平面垂直平面內(nèi)的彎曲變形及內(nèi)的彎曲變形及扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)變形變形對(duì)加工精度的影響對(duì)加工精度的影響水平面內(nèi)的彎曲變形大于垂直面內(nèi)的影響水平面內(nèi)的彎曲變形大于垂直面內(nèi)的影響扭轉(zhuǎn)變形使刀尖在扭轉(zhuǎn)變形使刀尖在y y方向產(chǎn)生較大的偏移方向產(chǎn)生較大

18、的偏移結(jié)論：結(jié)論：設(shè)計(jì)車床床身時(shí)，主要應(yīng)提高水平面內(nèi)的彎曲剛度設(shè)計(jì)車床床身時(shí)，主要應(yīng)提高水平面內(nèi)的彎曲剛度在設(shè)計(jì)長床身時(shí)，也要注意提高扭轉(zhuǎn)剛度在設(shè)計(jì)長床身時(shí)，也要注意提高扭轉(zhuǎn)剛度29設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法支承件的設(shè)計(jì)通常是根據(jù)使用要求和受力情況，參考同類型支承件的設(shè)計(jì)通常是根據(jù)使用要求和受力情況，參考同類型機(jī)床，初步確定其形狀和尺寸機(jī)床，初步確定其形狀和尺寸較重要的支承件要進(jìn)行驗(yàn)算或模型試驗(yàn)，根據(jù)驗(yàn)算或試驗(yàn)結(jié)較重要的支承件要進(jìn)行驗(yàn)算或模型試驗(yàn)，根據(jù)驗(yàn)算或試驗(yàn)結(jié)果作適當(dāng)修改果作適當(dāng)修改保證良好的靜剛度和動(dòng)態(tài)特性保證良好的靜剛度和動(dòng)態(tài)特性減少熱變形減少熱變形合理選用材料和熱處理方式合理選用材料和熱處理方

19、式有較好的結(jié)構(gòu)工藝性等有較好的結(jié)構(gòu)工藝性等3031 支承件變形主要是支承件變形主要是彎扭變形彎扭變形。且抗彎剛度和抗扭剛度隨支。且抗彎剛度和抗扭剛度隨支承件的截面慣性矩增大而增大。其設(shè)計(jì)原則：承件的截面慣性矩增大而增大。其設(shè)計(jì)原則：u截面積一定時(shí)，空心截面比實(shí)心截面的慣性矩大。截面積一定時(shí)，空心截面比實(shí)心截面的慣性矩大。滿足工藝要求滿足工藝要求時(shí)，應(yīng)盡量減小壁厚，提高抗彎剛度。時(shí)，應(yīng)盡量減小壁厚，提高抗彎剛度。u承受高度方向的彎矩時(shí)，支承件承受高度方向的彎矩時(shí)，支承件截面形狀應(yīng)為矩形。截面形狀應(yīng)為矩形。u承受彎扭作用的支承件，承受彎扭作用的支承件，截面形狀應(yīng)為方形。截面形狀應(yīng)為方形。u承受純轉(zhuǎn)

20、矩的支承件，承受純轉(zhuǎn)矩的支承件，截面形狀應(yīng)為圓環(huán)形。截面形狀應(yīng)為圓環(huán)形。u不封閉截面剛度遠(yuǎn)小于封閉截面，不封閉截面剛度遠(yuǎn)小于封閉截面，盡量將支承件制成封閉形狀。盡量將支承件制成封閉形狀。u截面不能封閉的支承件，截面不能封閉的支承件，應(yīng)采取補(bǔ)償剛度措施。應(yīng)采取補(bǔ)償剛度措施。a a為車床；為車床；b b為鏜床與龍門刨，為鏜床與龍門刨，c c為大型和重型機(jī)床的床身為大型和重型機(jī)床的床身32（1 1）截面積相同時(shí)：）截面積相同時(shí)：空心空心大于實(shí)心大于實(shí)心（2 2）方形方形截面的抗彎剛度高于截面的抗彎剛度高于圓形圓形截面截面 抗扭剛度則較低抗扭剛度則較低（3 3）不封閉不封閉截面比封閉的截面剛度顯著下降

21、，特別是抗截面比封閉的截面剛度顯著下降，特別是抗扭剛度扭剛度3334（三）支承件肋板和肋條的布置（1 1） 肋板（隔板）肋板（隔板） 連接四周外壁間的內(nèi)壁。作用是將局部載連接四周外壁間的內(nèi)壁。作用是將局部載荷傳遞給其他壁板，使整個(gè)支承件較均勻的承受載荷。荷傳遞給其他壁板，使整個(gè)支承件較均勻的承受載荷?？v向肋板縱向肋板縱向肋板應(yīng)布置在彎曲平面縱向肋板應(yīng)布置在彎曲平面內(nèi)，即肋板的高度方向與作內(nèi)，即肋板的高度方向與作用力用力F F方向一致。方向一致。 縱向肋板提高抗彎強(qiáng)度縱向肋板提高抗彎強(qiáng)度當(dāng)縱向隔板的高度方向與載荷當(dāng)縱向隔板的高度方向與載荷F F的方向相同時(shí)，增加的慣性矩為的方向相同時(shí)，增加的慣性

22、矩為l l3 3b/12;b/12;當(dāng)縱向隔板當(dāng)縱向隔板的高度方向與作用力的方向垂直時(shí)，增加的慣性矩為的高度方向與作用力的方向垂直時(shí)，增加的慣性矩為lblb3 3/12/12，由于，由于lblb所以縱向隔所以縱向隔板應(yīng)布置在彎曲平面內(nèi)，即隔板的高度方向與作用力的方向一致。板應(yīng)布置在彎曲平面內(nèi)，即隔板的高度方向與作用力的方向一致。35無橫向肋板時(shí)，相對(duì)抗扭剛度很無橫向肋板時(shí)，相對(duì)抗扭剛度很低；增加一個(gè)斷面橫向肋板時(shí)，低；增加一個(gè)斷面橫向肋板時(shí)，抗扭剛度變大，均勻布置三個(gè)橫抗扭剛度變大，均勻布置三個(gè)橫向肋板后，抗扭剛度成倍增加。向肋板后，抗扭剛度成倍增加。 橫向肋板提高抗扭剛度橫向肋板提高抗扭剛度

23、橫向肋板橫向肋板（1 1） 肋板（隔板）肋板（隔板）36隔板布置的三種基本形式隔板布置的三種基本形式斜向隔板斜向隔板兼有提高抗彎剛度和抗扭剛度的效果兼有提高抗彎剛度和抗扭剛度的效果37斜向肋板是多個(gè)橫肋板和縱肋板斜向肋板是多個(gè)橫肋板和縱肋板的組合的組合斜向肋板斜向肋板 提高抗彎和抗扭剛度提高抗彎和抗扭剛度（1 1） 肋板（隔板）肋板（隔板）38必須注意隔板的布置方向：必須注意隔板的布置方向：縱向隔板應(yīng)縱向隔板應(yīng)布置在彎曲平面內(nèi)布置在彎曲平面內(nèi)，此時(shí)隔板對(duì)此時(shí)隔板對(duì)X X軸的慣性矩為：軸的慣性矩為：l l3 3b/12b/12若將隔板布置在與彎曲平面相垂直的平面內(nèi)時(shí)，則慣性矩為若將隔板布置在與彎

24、曲平面相垂直的平面內(nèi)時(shí)，則慣性矩為lblb3 31212兩者之比為兩者之比為l l2 2：b b2 2由于由于l lb b ，所以圖所以圖a a的抗彎剛度比圖的抗彎剛度比圖b b要大得多要大得多3940（2 2）加強(qiáng)肋（肋條）加強(qiáng)肋（肋條）配置在某一外壁內(nèi)側(cè)或內(nèi)壁上。加強(qiáng)局部配置在某一外壁內(nèi)側(cè)或內(nèi)壁上。加強(qiáng)局部剛度和減少薄壁振動(dòng)。剛度和減少薄壁振動(dòng)。n可以縱向、橫向和斜向，常交叉排列成米字或井字。可以縱向、橫向和斜向，常交叉排列成米字或井字。n肋條高應(yīng)約為支承件壁厚的肋條高應(yīng)約為支承件壁厚的5 5倍。倍。圖圖a a用加強(qiáng)肋用加強(qiáng)肋 提高導(dǎo)軌與床身過渡連接處的局部剛度。提高導(dǎo)軌與床身過渡連接處的

25、局部剛度。圖圖b b用加強(qiáng)肋用加強(qiáng)肋 提高箱體軸承孔處的局部剛度。提高箱體軸承孔處的局部剛度。圖圖 c c、d d、e e 為工作臺(tái)等板形支承件的加強(qiáng)肋。提高抗彎為工作臺(tái)等板形支承件的加強(qiáng)肋。提高抗彎剛度，避免薄壁振動(dòng)。剛度，避免薄壁振動(dòng)。41（四）合理選擇支承件的壁厚 1 1、鑄鐵件：、鑄鐵件：鑄鐵支承件的外壁厚度可根據(jù)當(dāng)量尺寸鑄鐵支承件的外壁厚度可根據(jù)當(dāng)量尺寸C C來選擇。來選擇。 2 2、焊接件：、焊接件：鋼板和型鋼焊接鋼板和型鋼焊接彈性模量比鑄鐵大一倍，同樣載荷條件下，壁厚可比鑄鐵彈性模量比鑄鐵大一倍，同樣載荷條件下，壁厚可比鑄鐵薄薄2/32/3或或4/54/5，具體選擇見表。，具體選

26、擇見表。阻尼系數(shù)比鑄鐵小，需要采取抗振措施，防止薄壁振動(dòng)。阻尼系數(shù)比鑄鐵小，需要采取抗振措施，防止薄壁振動(dòng)。在滿足工藝要求和剛度的前提下，應(yīng)盡量減少支承件的厚度和在滿足工藝要求和剛度的前提下，應(yīng)盡量減少支承件的厚度和隔板、加強(qiáng)肋的厚度。隔板、加強(qiáng)肋的厚度。式中式中 L L、B B、H H 支承件的長、寬、高（支承件的長、寬、高（m m）。）。根據(jù)根據(jù)C C值確定最小壁厚值確定最小壁厚t t見表，見表，考慮工藝條件、受力，可適當(dāng)加厚，考慮工藝條件、受力，可適當(dāng)加厚，壁厚應(yīng)盡量均勻。壁厚應(yīng)盡量均勻。隔板的厚度可?。ǜ舭宓暮穸瓤扇。?.80.81 1）t t；加強(qiáng)肋的厚度可取；加強(qiáng)肋的厚度可取（0.

27、70.70.80.8）t t；)2(31HBLC 4243（五）支承件開孔后的剛度補(bǔ)償u在立柱或橫梁中，安裝等工藝孔會(huì)造成抗扭、抗彎剛度的損失在立柱或橫梁中，安裝等工藝孔會(huì)造成抗扭、抗彎剛度的損失，對(duì)抗，對(duì)抗扭剛度的影響更大。應(yīng)該盡量避免在主要承受扭矩的支承件上開孔；扭剛度的影響更大。應(yīng)該盡量避免在主要承受扭矩的支承件上開孔；孔寬或孔徑不超過支承件寬度的孔寬或孔徑不超過支承件寬度的0.250.25倍倍。44（六）提高接觸剛度最好方法：減少接觸面的層次，如將車床床身和床腿做成最好方法：減少接觸面的層次，如將車床床身和床腿做成整體式，但具體設(shè)計(jì)時(shí)，常限于結(jié)構(gòu)或功能上的原因而不能整體式，但具體設(shè)計(jì)時(shí)

28、，常限于結(jié)構(gòu)或功能上的原因而不能減少接觸面的層次，例如車床的刀架。減少接觸面的層次，例如車床的刀架。u相對(duì)滑動(dòng)的連接面和重要的固定結(jié)合面須精磨或配對(duì)刮研，以增加相對(duì)滑動(dòng)的連接面和重要的固定結(jié)合面須精磨或配對(duì)刮研，以增加接觸面積；接觸面積；u緊固螺栓應(yīng)使結(jié)合面有緊固螺栓應(yīng)使結(jié)合面有2MPa2MPa的接觸壓強(qiáng)，以消除結(jié)合面的平面度的接觸壓強(qiáng)，以消除結(jié)合面的平面度誤差，增大結(jié)合面積；誤差，增大結(jié)合面積；u結(jié)合面承受彎矩時(shí)，應(yīng)使較多緊固螺栓布置在受拉面承受拉應(yīng)力；結(jié)合面承受彎矩時(shí)，應(yīng)使較多緊固螺栓布置在受拉面承受拉應(yīng)力；u結(jié)合面承受轉(zhuǎn)矩時(shí)，螺栓遠(yuǎn)離扭轉(zhuǎn)中心，均勻分布在四周。結(jié)合面承受轉(zhuǎn)矩時(shí)，螺栓遠(yuǎn)離扭

29、轉(zhuǎn)中心，均勻分布在四周。451 1）導(dǎo)軌面和重要的固定結(jié)合面必須配刮或配磨刮研時(shí)，每）導(dǎo)軌面和重要的固定結(jié)合面必須配刮或配磨刮研時(shí)，每25252525mmmm2 2： 高精度機(jī)床為高精度機(jī)床為1212點(diǎn)點(diǎn) 精密機(jī)床為精密機(jī)床為8 8點(diǎn)點(diǎn) 普通機(jī)床為普通機(jī)床為6 6點(diǎn)點(diǎn) 并使接觸點(diǎn)均勻分布并使接觸點(diǎn)均勻分布固定結(jié)合面配磨時(shí)，表面粗糙度值應(yīng)小于固定結(jié)合面配磨時(shí)，表面粗糙度值應(yīng)小于Ra1.6Ra1.62 2）以固定螺釘連接時(shí)通常應(yīng)使接觸面間的平均預(yù)壓壓強(qiáng)不得小于以固定螺釘連接時(shí)通常應(yīng)使接觸面間的平均預(yù)壓壓強(qiáng)不得小于2MPa2MPa，以消除表面以消除表面微觀不平度的影響，并據(jù)此確定固定螺釘?shù)闹睆?、?shù)量

30、、布置位置以及擰緊螺釘時(shí)施微觀不平度的影響，并據(jù)此確定固定螺釘?shù)闹睆健?shù)量、布置位置以及擰緊螺釘時(shí)施加的力。加的力。不能用活扳手來擰緊螺釘不能用活扳手來擰緊螺釘用測(cè)力扳手決定固定螺釘?shù)闹睆?、?shù)量、距離、以及擰螺釘時(shí)的力矩用測(cè)力扳手決定固定螺釘?shù)闹睆?、?shù)量、距離、以及擰螺釘時(shí)的力矩46提高局部剛度提高局部剛度合理選擇連接部位的結(jié)構(gòu)合理選擇連接部位的結(jié)構(gòu)設(shè)圖設(shè)圖a a的的一般凸緣連接一般凸緣連接相對(duì)連接相對(duì)連接剛度為剛度為1.01.0；則圖則圖b b有加強(qiáng)筋的有加強(qiáng)筋的凸緣連接為凸緣連接為1.061.06；圖圖c c的凹槽式為的凹槽式為1.801.80；圖圖dUdU型加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)為型加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)為1.

31、851.85；圖圖c c和圖和圖d d兩種結(jié)構(gòu)最好，特兩種結(jié)構(gòu)最好，特別是用來承受力矩效果更好別是用來承受力矩效果更好缺點(diǎn)缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。結(jié)構(gòu)復(fù)雜。47注意床身與導(dǎo)軌連接處的局部過渡注意床身與導(dǎo)軌連接處的局部過渡圖圖a a為床身與導(dǎo)軌以單壁連接，為床身與導(dǎo)軌以單壁連接，結(jié)構(gòu)簡單，剛度較差，適用于承結(jié)構(gòu)簡單，剛度較差，適用于承受小載荷受小載荷圖圖b b為單壁減薄與加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，為單壁減薄與加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，剛度較前一種形式好，適用于中剛度較前一種形式好，適用于中等載荷；等載荷；圖圖c c為雙壁連接，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，剛度較高為雙壁連接，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，剛度較高，適用于中等載荷及重載荷；，適用于中等載荷及重載荷；圖圖

32、d d為直接連接，沒有過渡壁，導(dǎo)軌的局為直接連接，沒有過渡壁，導(dǎo)軌的局部剛度最高。部剛度最高。48（一）鑄鐵（一）鑄鐵 加入少量的鉻、硅、稀土等合金元素的灰口鑄鐵。加入少量的鉻、硅、稀土等合金元素的灰口鑄鐵。特點(diǎn)：特點(diǎn)：鑄造、切削性能好；阻尼大，抗振性好；加入合金元素，提鑄造、切削性能好；阻尼大，抗振性好；加入合金元素，提高耐磨性；成本高，適合成批生產(chǎn)。高耐磨性；成本高，適合成批生產(chǎn)。支承鑄件消除應(yīng)力的方式：支承鑄件消除應(yīng)力的方式：q 鑄件壁厚不均勻，鑄造冷卻中產(chǎn)生鑄造應(yīng)力，鑄造后進(jìn)行自然時(shí)效處理；鑄件壁厚不均勻，鑄造冷卻中產(chǎn)生鑄造應(yīng)力，鑄造后進(jìn)行自然時(shí)效處理；q 精密機(jī)床支承件，粗加工前自然

33、時(shí)效，粗加工后人工時(shí)效，充分消除鑄造應(yīng)力。精密機(jī)床支承件，粗加工前自然時(shí)效，粗加工后人工時(shí)效，充分消除鑄造應(yīng)力。q 床身、立柱、橫梁等進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效，消除內(nèi)應(yīng)力。床身、立柱、橫梁等進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效，消除內(nèi)應(yīng)力。49（二）鋼板焊接結(jié)構(gòu) 用的鋼板和型鋼焊接成支承件。鋼板和型鋼焊接成支承件。特點(diǎn)：特點(diǎn)：q不用鑄模，制作周期短。不用鑄模，制作周期短。q鋼件的抗彎剛度大于鑄鐵件；鋼件的抗彎剛度大于鑄鐵件；q 滿足剛度要求時(shí)，鋼件比鑄件壁厚薄一半，重量減滿足剛度要求時(shí)，鋼件比鑄件壁厚薄一半，重量減輕輕202030%30%。但是。但是阻尼為鑄件的阻尼為鑄件的1/31/3，抗振性能差。，抗振性能差。q 適合于生產(chǎn)數(shù)

34、量少，品種多的大型床身的制造。適合于生產(chǎn)數(shù)量少，品種多的大型床身的制造。50在鑄造或焊接中的殘余應(yīng)力，將使支承件產(chǎn)生變形。在鑄造或焊接中的殘余應(yīng)力，將使支承件產(chǎn)生變形。進(jìn)行進(jìn)行時(shí)效處理時(shí)效處理（熱時(shí)效處理和振動(dòng)時(shí)效處理）（熱時(shí)效處理和振動(dòng)時(shí)效處理）可以消除殘余應(yīng)可以消除殘余應(yīng)力：力：普通精度機(jī)床的支承件在粗加工后安排一次熱時(shí)效處理即可；普通精度機(jī)床的支承件在粗加工后安排一次熱時(shí)效處理即可；精密機(jī)床最好進(jìn)行兩次熱時(shí)效處理，即粗加工前、后各一次；精密機(jī)床最好進(jìn)行兩次熱時(shí)效處理，即粗加工前、后各一次；高精度機(jī)床在進(jìn)行熱時(shí)效處理后，還進(jìn)行自然時(shí)效處理，即把高精度機(jī)床在進(jìn)行熱時(shí)效處理后，還進(jìn)行自然時(shí)效處

35、理，即把鑄件堆放在露天鑄件堆放在露天，任其日曬雨淋，少則，任其日曬雨淋，少則1 1年多則年多則3 35 5年年，讓它，讓它們充分地變形。們充分地變形。熱時(shí)效處理熱時(shí)效處理是將工件放在是將工件放在200200以下的退火爐中，以以下的退火爐中，以606080/h80/h的加熱速度的加熱速度緩慢加溫到緩慢加溫到530530550550，鑄件壁厚，鑄件壁厚20mm20mm時(shí)保溫時(shí)保溫4 4h h，壁厚每增加，壁厚每增加25mm25mm保溫時(shí)保溫時(shí)間增加間增加2 2 h h，然后以，然后以30/h30/h的冷卻速度爐冷至的冷卻速度爐冷至200200以下出爐。以下出爐。5152（五）樹脂混凝土是制造機(jī)床床

36、身的新型材料，又稱為人造花崗巖。以樹脂和是制造機(jī)床床身的新型材料，又稱為人造花崗巖。以樹脂和稀釋劑代替混凝土中的水泥和水，與各種尺寸規(guī)格的花崗巖稀釋劑代替混凝土中的水泥和水，與各種尺寸規(guī)格的花崗巖塊或大理石塊等骨料均勻混合、搗實(shí)固化而形成的。有時(shí)還塊或大理石塊等骨料均勻混合、搗實(shí)固化而形成的。有時(shí)還要加入增韌劑，提高樹脂混凝土的抗沖擊性能和抗彎強(qiáng)度。要加入增韌劑，提高樹脂混凝土的抗沖擊性能和抗彎強(qiáng)度。特點(diǎn)：特點(diǎn)：q阻尼比阻尼比是灰口鑄鐵的是灰口鑄鐵的8 81010倍，抗振性好。倍，抗振性好。q耐腐蝕性耐腐蝕性好。與金屬粘結(jié)能力強(qiáng)，可預(yù)埋金屬件，減少金屬加工量。好。與金屬粘結(jié)能力強(qiáng)，可預(yù)埋金屬件

37、，減少金屬加工量。q澆筑的床身澆筑的床身靜剛度靜剛度比鑄鐵高比鑄鐵高161640%40%。q可增加鋼筋或加強(qiáng)纖維，提高可增加鋼筋或加強(qiáng)纖維，提高抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度。q鋼板焊接框架，充填樹脂混凝土，適合構(gòu)成大、中型機(jī)床的支承件。鋼板焊接框架，充填樹脂混凝土，適合構(gòu)成大、中型機(jī)床的支承件。（三）預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土（四）天然花崗巖53u常見的機(jī)床振動(dòng)常見的機(jī)床振動(dòng)n（1 1）整機(jī)搖晃振動(dòng)）整機(jī)搖晃振動(dòng) 是機(jī)床整體在地基支承上的振動(dòng)。是機(jī)床整體在地基支承上的振動(dòng)。n（2 2）結(jié)合面間的相對(duì)振動(dòng)）結(jié)合面間的相對(duì)振動(dòng) 是指整個(gè)部件作為一個(gè)剛體在結(jié)是指整個(gè)部件作為一個(gè)剛體在結(jié)合面處相對(duì)于另一部件的直線振動(dòng)或扭轉(zhuǎn)

38、振動(dòng)。合面處相對(duì)于另一部件的直線振動(dòng)或扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。n（3 3）零部件的本體振動(dòng)）零部件的本體振動(dòng) 指主軸組件的彎曲振動(dòng)，傳動(dòng)系統(tǒng)指主軸組件的彎曲振動(dòng)，傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，支承件的彎曲和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)等。的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，支承件的彎曲和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)等。u提高結(jié)構(gòu)性能的措施提高結(jié)構(gòu)性能的措施n提高支承件的靜剛度和固有頻率提高支承件的靜剛度和固有頻率n提高動(dòng)態(tài)特性提高動(dòng)態(tài)特性改善阻尼特性改善阻尼特性采用新材料制造支承件采用新材料制造支承件n提高熱穩(wěn)定性提高熱穩(wěn)定性控制溫升控制溫升采用熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)采用熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)采用熱補(bǔ)償裝置。采用熱補(bǔ)償裝置。5455提高支承件的抗振性提高支承件的抗振性支承件是一個(gè)多自由度系統(tǒng)。就定性分析

39、而言，對(duì)支承件是一個(gè)多自由度系統(tǒng)。就定性分析而言，對(duì)單自由度系統(tǒng)抗振性的分析也適用于多自由度系統(tǒng)。單自由度系統(tǒng)抗振性的分析也適用于多自由度系統(tǒng)。在一個(gè)幅值為在一個(gè)幅值為F,F,角頻率為角頻率為的正弦交變激振力作用的正弦交變激振力作用下，單自由度有阻尼系統(tǒng)受迫振動(dòng)的幅值為下，單自由度有阻尼系統(tǒng)受迫振動(dòng)的幅值為222211nnKFA56如何減小系統(tǒng)受迫振動(dòng)的幅值？如何減小系統(tǒng)受迫振動(dòng)的幅值？減小振源的激振力減小振源的激振力F F 提高系統(tǒng)的靜剛度提高系統(tǒng)的靜剛度K K增大系統(tǒng)的阻尼比增大系統(tǒng)的阻尼比提高系統(tǒng)的固有頻率提高系統(tǒng)的固有頻率n n或改變激振頻率或改變激振頻率，使兩者遠(yuǎn)離均使兩者遠(yuǎn)離均可以?？梢?。222211nnKFA57當(dāng)當(dāng)激振頻率激振頻率遠(yuǎn)小于系統(tǒng)的固有頻率遠(yuǎn)小于系統(tǒng)的固有頻率n n時(shí)時(shí)，受迫振動(dòng)的振，受迫振動(dòng)的振幅近似等于與激振力幅值幅近似等于與激