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1、第八章第八章 支承件支承件第一节第一节 支承件应满足的要求和设计步骤支承件应满足的要求和设计步骤支承件支承件是机床的基础构件基础构件。支承件包括支承件包括：床身、立柱、横梁、摇臂、底座、刀架、工作台、箱体和升降台等。支承件存在形式支承件存在形式：固定连接；导轨上运动。其影响：支承件的振动和热变形，影响加工精度和表面质量。一、支承件的基本要求：支承件的基本要求：1.应具有足够的静刚度和较高的刚度应具有足够的静刚度和较高的刚度重量比重量比。（刚度重量比反映机床设计的合理性，是重要指标之一）2.应具有较好的动态特性应具有较好的动态特性 （较大的动刚度和阻尼；不共振，不发生薄壁振动而产生噪声）3.应具
2、有较好的热变形特性应具有较好的热变形特性（整机的热变形较小或热变形对加工精度的影响较小。）4.排屑畅通，吊运安全，并具有良好的工艺性以便于排屑畅通，吊运安全，并具有良好的工艺性以便于制造和装配制造和装配。二、设计步骤：设计步骤：1.根据其使用要求进行受力分析；2.根据受力情况及其它要求、并参考现有机床的同类型支承件，初步决定其形状尺寸；3.进行验算，求其静态和动态特性；4.方案的修改及对比，选择最佳方案 第二节第二节 支承件的静力分析支承件的静力分析 分析支承件的受力必须首先分析机床的受力。机床根据其所受的载荷的特点，可分为三三大类。1、中、小型机床中、小型机床这类机床的载荷以切削力为主。工件
3、的重量、移动部件的重量等相对较小，在受力和变形分析时可忽略不计。2、精密和高精度机床精密和高精度机床这类机床以精加工为主，切削力较小。载荷以移动部件的重力和热应力为主。3、大型机床大型机床这类机床工件较重，切削力较大，移动件的重量也较大。因此，载荷必须同时考虑工件重力、切削力和移动件的重力。支承件根据其形状，可分为三大类：支承件根据其形状，可分为三大类：（1）一个方向的尺寸比另外两个方向的大得多的零件。这类零件可看作梁类件。如机床如机床的床身、立柱、横梁、摇臂、滑枕等。的床身、立柱、横梁、摇臂、滑枕等。（2）两个方向的尺寸比第三个方向的大得多的零件。这类零件可看作板类件。如机床的如机床的底座、
4、工作台、刀架等。底座、工作台、刀架等。（3）三个方向的尺寸都差不多的零件。这类零件可看作箱形件。如机床的箱体、升降台等。如机床的箱体、升降台等。第三节第三节 支承件的静刚度和形状选择支承件的静刚度和形状选择的原则的原则一、支承件的静刚度一、支承件的静刚度 支承件刚度是指支承件在恒定载荷和交变载荷作用下，抵抗变形的能力。支承件刚度包括：自身刚度、接触刚度和局部刚度。1、自身刚度、自身刚度抵抗支承件自身变形的能力称为自身刚度。支承件所受的载荷，主要是拉压、弯曲和扭转，其中弯曲和扭转是主要的，因此支承件的自身刚度主要应考虑弯曲刚度弯曲刚度和扭转刚度扭转刚度。自身刚度主要决定于支承件的材料、形状、尺寸
5、材料、形状、尺寸和筋板的布局和筋板的布局等。图11-2 截形畸变2、局部刚度、局部刚度：抵抗局部变形的能力。抵抗局部变形的能力。抵抗局部变形的能力。抵抗局部变形的能力。局部变形发生在载荷集中载荷集中的地方，如导轨部分（图11-3a）；主轴箱在主轴支承处附近的部位（图11-3b）；摇臂钻床底座装立柱的部分（图11-3c）。自身刚度和局部刚度，可以用有限元法借助计算机进行计算。取决于：取决于：取决于：取决于：受载部受载部受载部受载部位的构造、尺寸位的构造、尺寸位的构造、尺寸位的构造、尺寸及筋的配置。及筋的配置。及筋的配置。及筋的配置。3、接触刚度接触刚度：支承件各接触面抵抗接触变形的能力。支承件各
6、接触面抵抗接触变形的能力。支承件各接触面抵抗接触变形的能力。支承件各接触面抵抗接触变形的能力。实际接触面积只是名义接触面积的一部分，又由于微观不平，真正接触的只是一些高点，见图11-4a。接触刚度与构件的自身刚度有两方面的不同：1）接触刚度Kj是平均压强p与变形之比。Kj=p/（Mpa/um）2）接触刚度Kj不是一个固定值，即p与的关系是非线性的。考虑到非线性，接触刚度应定义为：Kj=dp/d 或 Kj=p/但在实际中，我们希望Kj是一个固定值，以便使用上的方便。接触面的接触面的接触面的接触面的表面粗糙度、微观不平度、材料硬度、预表面粗糙度、微观不平度、材料硬度、预表面粗糙度、微观不平度、材料
7、硬度、预表面粗糙度、微观不平度、材料硬度、预压压强压压强压压强压压强等因素对接触刚度的影响都很大。等因素对接触刚度的影响都很大。等因素对接触刚度的影响都很大。等因素对接触刚度的影响都很大。二、支承件形状选择原则二、支承件形状选择原则 1、正确选择截面的形状、尺寸，提高支承件正确选择截面的形状、尺寸，提高支承件的自身刚度。的自身刚度。（1 1）无论圆形、方形或矩形，都是空心截面的刚度）无论圆形、方形或矩形，都是空心截面的刚度比实心的大。机床床身截面尽可能是中空的。比实心的大。机床床身截面尽可能是中空的。（2 2）保持截面积不变，加大外廓尺寸，减少壁厚，）保持截面积不变，加大外廓尺寸，减少壁厚，可
8、提高截面刚度。可提高截面刚度。（3 3）圆形截面的抗扭刚度比方形截面大，但抗弯刚）圆形截面的抗扭刚度比方形截面大，但抗弯刚度比方形小。工字截面梁的抗弯刚度最好，长框度比方形小。工字截面梁的抗弯刚度最好，长框形次之，实心、圆形最弱。形次之，实心、圆形最弱。（4 4）封闭截面比不封闭的截面刚度大。）封闭截面比不封闭的截面刚度大。2 2、合理布置隔板、筋板，即可提高自身抗弯、抗扭合理布置隔板、筋板，即可提高自身抗弯、抗扭刚度，又可提高局部刚度。刚度，又可提高局部刚度。纵向隔板纵向隔板提高提高纵向纵向抗弯刚度抗弯刚度 横向隔板横向隔板提高提高横向横向抗抗弯弯刚度刚度 斜向隔板斜向隔板兼有提高抗弯刚度和
9、抗扭刚度的效果。兼有提高抗弯刚度和抗扭刚度的效果。3 3、合理开孔和加盖、合理开孔和加盖孔的边缘加厚，尽量加盖，并用螺钉上紧。孔的边缘加厚，尽量加盖，并用螺钉上紧。4 4、为了提高接触刚度，重要的固定结合面也必须配磨或为了提高接触刚度，重要的固定结合面也必须配磨或配刮，且固定螺钉应在接触面上造成一个预压力。配刮，且固定螺钉应在接触面上造成一个预压力。三三、材料和时效处理、材料和时效处理 支承件材料：铸铁、钢。为消除内应力进行时效处理时效处理。四、工艺性四、工艺性 支承件设计时应注意工艺性工艺性。例如铸件壁厚应尽量均匀，要有清沙孔，起吊孔等。第四节第四节 支承件的动态特性支承件的动态特性一、固有
10、频率和振型一、固有频率和振型二、支承件动态特性的对比二、支承件动态特性的对比三、提高动刚度的措施三、提高动刚度的措施提高静刚度和设法加大阻尼。第五节第五节 支承件的热变形特性支承件的热变形特性一、机床和支承件的热变形一、机床和支承件的热变形机床工作时存在各种热源，如电动机。液压系统、切削热和摩擦热等，使各部件因温度分布不均匀而产生变形，这就是热变形。热变形对于普通中小型机床加工精度的影响不太明显。但对精密机床、自动机床及重型机床加工精度的影响却很大。二、提高支承件的热变形特性二、提高支承件的热变形特性1、散热和隔热散热和隔热适当加大散热面积，加设散热片，发热较多的部件应使其周围空气流动畅通，等
11、都能改善散热条件。隔离热源是减少热变形的一个有效措施 例:单柱坐标镗床，电动机外有隔热罩，立柱后壁设进气口，顶部有排气口，电动机风扇使气流向上运动，图中箭头所示，与自然通风气流一致，以加强散热。2 2、均热、均热由于支承件各处受热情况不同，质量不均，使各部位的温度不均，热膨胀也就不均，不均匀的热膨胀对加工精度的影响更大，因此要考虑均热问题。例如车床床身，可以用改变传热路线的办法来减少温度不均。3 3、使热变形对精度影响较小、使热变形对精度影响较小同样的热变形，由于结构形式不同，对精度的影响是不同的。例如单柱卧式坐标镗床，由于主轴箱温升，引起立柱前、后壁温度不同，将使主轴轴线产生位移。如果采用双柱对称结构，就可使热变形对主轴轴线位移的影响大大减少。