机床支承件设计.ppt

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1、第十一章支承件内容：机床支承件的功用、分类、应满足的要求;支承件的受力分析、结构设计。要求：对机床大构件具有结构分析及初步的设计能力。第一节支承件应满足的要求和设计步骤支承件：是机床的基础构件，包括床身、立柱、横梁、摇臂、底座、刀架、工作台、箱体和升降台等。也称为“大件”。作用：承载和作为基准。支承其它机床零部件，保持它们的相对位置，承受各种切削力等。二、对支承件的基本要求1、使用要求安装其它零部件、排屑畅通、吊运安全。2、工艺要求便于制造和装配。3、性能要求（1）应具有足够的静刚度、较高的刚度—重量比。（2）应具有较好的动态

2、特性。支承件的固有频率不致与激振频率重合而产生共振；应具有较大的动刚度（激振力的副值与振副之比）、较大的阻尼，使支承件受到一定副值周期性激振力的作用时，受迫振动的振幅较小。（3）应具有较好的热变形特性。设法减小热变形、不均匀热变形，以降低对加工精度的影响。散热、隔热。加大散热面积、加设散热片、风扇、人工致冷、隔离热源。均热。采用：“热对称”等结构，使热变形对精度的影响较小。二、重要支承件的设计步骤1、进行受力分析。2、初步决定其形状和尺寸。3、进行验算。4、修改、对比，选择最佳方案。第二节支承件的静力分析一、根据机床所受的载荷

3、的特点分类1．中、小型机床：载荷以切削力为主。重量（工件、移动部件）忽略不计。如中型车床、铣床、钻床、加工中心等。2．精密和高精度机床：载荷以移动件的重力和热应力为主。切削力较小（因以精加工为主）忽略不计。如双柱立式坐标镗床等。3．大型机床：载荷必须同时考虑工件重力、切削力和移动件的重力。如重型车床、落地镗铣床、龙门式机床等。二、根据支承件的形状分类1、梁类件：一个方向的尺寸比另外两个方向的大得多的零件。如床身、立柱、横梁、摇臂、滑枕等。2、板类件：两个方向的尺寸比第三个方向的大得多的零件。如底座、工作台、刀架等。3、箱形件：

4、三个方向的尺寸都差不多的零件。如箱体、升降台等。三、摇臂钻床受力分析（仅分析切削载荷:切削转矩T、进给力Ff）立柱和摇臂——梁类件；底座——板类件；主轴箱——箱形件。摇臂和立柱，都可看作是一端固定的悬臂梁。1、摇臂的受力分析（1）yz平面内：最大弯矩M1=Ff·L，使摇臂产生弯曲变形。（2）xz平面内:绕y轴的扭矩M2=Ff·e，使摇臂产生扭转变形。（3）xy平面内：切削转矩T作用于摇臂，产生弯曲变形。但T比Ff要小得多。结论：摇臂所受的载荷，主要是：竖直(yz)面内的弯矩M1；绕y轴的扭矩M2。这两个力矩使摇臂产生弯曲和扭

5、转变形。使主轴偏离其正确位置。2、立柱的受力分析立柱分内外两层。摇臂沿外柱升降，并连同外柱绕内柱转动。摇臂与外柱在上、下两圈D、E处接触。工作时，内、外柱之间在F处夹紧。(1)外柱的受力分析摇臂作用于外柱的，可看作是由D、E点处两个集中力组成的力偶。①yz平面内：弯矩M1=Ff·L②xz平面内：弯矩M2=Ff·e③切削转矩T使外柱扭转，扭矩作用于E与F之间。通常这个扭转变形不大，可以忽略。(2)内柱的受力分析受力情况与外柱相似①yz和xz面内的弯曲；②从夹紧点F至根部之间的扭转。扭转变形不大，可以忽略。结论：立柱内、外层都以弯

6、曲变形为主。立柱的弯曲变形也将使主轴偏离其正确位置。立柱的形状往往是圆形的，故Ml、M2两个力矩中，只需考虑大的一个，一般为Ml=Ff·L。四、普通车床床身受力分析卧式车床床身在切削力作用下主要产生的变形是垂直和水平面内的弯曲变形，及由在垂直和水平方向的扭矩联合作用下的扭转变形。在弯曲变形中，水平面内的弯曲对加工精度的影响比垂直面内的弯曲要大。对于较长的床身，扭转变形对加工精度的影响最大。第三节支承件的静刚度例：床身载荷是通过导轨面施加到床身上去的。变形包括床身自身的变形，导轨部分局部的变形，导轨表面的接触变形。支承件的变形自

7、身变形局部变形接触变形1．自身刚度（1）自身刚度：在外载荷作用下，支承件本体抵抗变形的能力。（2）自身刚度主要应考虑弯曲刚度和扭转刚度。（3）主要决定于支承件的材料、形状、尺寸、肋板的布置等。2．局部刚度（1）局部刚度：抵抗局部变形的能力。（2）局部变形发生在载荷集中的地方。（3）局部刚度与支承件局部受载荷处的结构、尺寸等有关。3．接触刚度（1）接触刚度：支承件的结合面在外载荷的作用下抵抗接触变形的能力。（2）两个平面接触，平面有一定的宏观不平度，因而实际接触面积只是名义接触面积的一部分；由于微观不平，真正接触的只是一些高点。

8、（3）接触刚度与自身刚度的不同点①接触刚度Kj(Mpa/um)是平均压强p与变形δ之比。②Kj不是一个固定值，δ与p的关系是非线性的。当压强很小时，两个面之间只有少数高点接触，接触刚度较低。当压强较大时，这些高点产生了变形，实际接触面积增加，接触刚度提高。（4）支承件的自身刚