機床概論與設(shè)計課件：支承件設(shè)計 -

支承件設(shè)計第一節(jié)概述一、支承件的功用安裝、支承、固定或活動的零部件，使之保持相對位置和運動關(guān)系，并承受力和力矩。二、支承件的基本要求

1、應(yīng)具有足夠的剛度和較高的剛度/質(zhì)量比。（在額定載荷作用下變形不能超過允許值。）

2、應(yīng)具有良好的動態(tài)特性。

3、具有較小的熱變形和熱應(yīng)力。

4、應(yīng)該排屑暢通，吊運安全，具有良好的工藝性。第二節(jié)支承件的剛度一、支承件的受力分析目的：了解受載的性質(zhì)、產(chǎn)生的變形及由之引起的加工誤差，從而能有效地進行床身的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其變形在允許的范圍內(nèi)。分類：1）.中、小型機床載荷以切削力為主。

2）.精密和高精度機床載荷以移動件的重力和熱應(yīng)力為主。

3）.大型機床載荷應(yīng)同時考慮工件重力、切削力和移動件的重力。二、不同形狀支承件的簡化根據(jù)形狀分為三大類：梁件、板件和箱形件。

1).梁件——一個方向的尺寸比另兩個方向大得多的零件。如：床身、立柱、橫梁等。

2).板件——兩個方向的尺寸比第三個方向大得多的零件。如：底座、工作臺等。

3).箱體件——三個方向的尺寸都差不多的零件。如箱體、升降臺等。

一、支承件的剛度支承件的變形一般包括三個部分：自身變形、局部變形和接觸變形。

1．自身剛度：抵抗自身變形的能力。支承件的自身剛度，主要應(yīng)考慮彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。自身剛度主要決定于支承件的材料、形狀、尺寸和肋板的布置等。

2．局部剛度：抵抗局部變形的能力。（載荷較集中的局部）決定于局部變形處的結(jié)構(gòu)和尺寸。

3．接觸剛度：抵抗連接處變形的能力。決定于連接處材料、幾何形狀與尺寸及接觸面硬度和表面粗糙度。

第三節(jié)支承件的動態(tài)特性

機床是一個多自由度的振動系統(tǒng)，整機與基礎(chǔ)有彈性聯(lián)系；機床上各構(gòu)件見也有彈性聯(lián)系，可以出現(xiàn)各種形態(tài)的振動，所以，支承件設(shè)計時，還要滿足動態(tài)的要求。(即：支承件的固有頻率不能與激振頻率相重合）機床的幾種基本振動形態(tài)（振型）（1）整機搖晃（2）構(gòu)件的彎曲振動（3）構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)振動（4）薄壁振動為改善支承件的動態(tài)特性，防止產(chǎn)生共振，提高抗振性，主要從提高靜剛度、增加阻尼、調(diào)整固有頻率和采用減震器方法來實現(xiàn)。第四節(jié)支承件的熱變形特性一、支承件的熱變形熱變形是機床工作時，各種熱源使機床各部件因溫度分布不均而產(chǎn)生的變形。熱變形包括均勻熱變形和不均勻熱變形。二、改善支承件熱變形的措施

1、散熱和隔熱p268頁

2、均熱

3、使熱變形對精度的影響較小

一、支承件的自身剛度

1、正確選擇截面形狀和尺寸（1）.截面相同時，空心截面剛度比實心大。設(shè)計時要加大輪廓尺寸，減少壁厚，提高剛度。（2）.方形截面抗彎剛度大，圓形截面抗扭剛度大，矩形截面在高度方向上的抗彎剛度比方形截面的高。（3）.封閉截面比不封閉截面剛度大。

2、合理布置隔板在兩壁之間起連接作用的內(nèi)壁稱為隔板。功用是把作用于支承件局部地區(qū)的載荷傳遞給其他壁板。第五節(jié)支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計

隔板可以提高支承件的自身剛度。隔板布置有三種基本形式：縱向隔板、橫向隔板、斜向隔板?？v向隔板：提高抗彎剛度。橫向隔板：提高抗扭剛度。斜向隔板：即提高抗彎剛度又提高抗扭剛度。3.合理開窗口（1）.影響抗彎剛度大的是在與彎曲平面垂直的面上開窗孔，影響扭轉(zhuǎn)剛度大的是在窄面上開窗孔。（2）.矩形截面的立柱上盡量不要開窗口，如必須開孔，則開在壁的中心或中心線附近，若對稱面有窗口應(yīng)交叉布置。（3）.尺寸：窗寬小于0.7倍空腔寬，高度小于1—1.2倍空腔寬。（4）.為使窗孔內(nèi)的剛度好，工作時應(yīng)加蓋，并加緊固螺栓（螺釘），補償一部分剛度損失。

4、壁厚的選擇

鑄鐵件壁厚可根據(jù)當量尺寸確定：

式中L、B、H——鑄件的長、寬、高二、提高支承件的局部剛度

1、合理選擇連接部件的結(jié)構(gòu)

2、合理選擇螺釘?shù)某叽绾筒季?/p>

3、注意床身和導(dǎo)軌連接處的局部過渡

4、合理布置加強筋p273頁三、提高支承件的接觸剛度

1、導(dǎo)軌面和重要的固定結(jié)合面必須配刮或配磨。

2、固定螺釘連接時，通常應(yīng)使接觸面積間的平均預(yù)壓壓強不小于2MP。四、支承件的材料和熱處理

1、支承件的材料：鑄鐵和鋼，近幾年預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土也有應(yīng)用。鑄鐵支承件，如導(dǎo)軌與支承件為一體，鑄鐵牌號根據(jù)導(dǎo)軌的要求選擇；如導(dǎo)軌是鑲嵌的，或者支承件上沒有導(dǎo)軌則采用HT150。鋼支承件，常用3號或5號鋼。

2、熱處理：時效處理。包括：自然時效、人工時效和振動時效三種。普通精度機床粗加工后一次熱時效處理；精密機床進行兩次時效處理，粗加工前后各一次；高精度機床熱時效處理后還要進行天然時效處理。五、支承件的焊接結(jié)構(gòu)

1、焊接結(jié)構(gòu)的特點

（1）工序簡單，生產(chǎn)周期短，不易出廢品。（2）可做成完全封閉的箱型結(jié)構(gòu)。（3）質(zhì)量輕，固有頻率高。（4）有效提高抗振能力，有較高的抗彎抗扭剛度。（5）成本高，由于大型、重型機床的小批生產(chǎn)。

2、焊接工藝（1）盡量減少焊縫的數(shù)量和長度（2）焊縫的可焊接性要好。（3）減輕焊縫的載荷。（4）輪廓形狀規(guī)范化。（5）大型結(jié)構(gòu)分段焊接組裝。六、支承件的結(jié)構(gòu)工藝性

1、鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性（1）鑄件結(jié)構(gòu)簡單，造型和拔模容易，型芯少且便于支承，安裝簡單可靠。（2）避免產(chǎn)生縮孔、氣孔和裂紋，壁厚應(yīng)盡量均勻。（3）便于清砂（清理砂芯）。（4）大型鑄件要鑄出吊孔。

2、機械加工工藝（1