Lesson11机床框架

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1、Lesson11机床构造教学目的：教学重点难点：教学内容：1、词汇：frame框架，骨架,构架；element成分,要素,原件；composite[＇kɔmpəzit]复合材料；concrete[＇kɔnkri:t]混凝土；eliminate[i＇limineit]消除,排除；2、词组3、译文机架是机床的基本组成。大部分的机架是由铸铁、焊接钢、复合材料或者混凝土制成的。以下因素决定材料的选择：这些材料必须抗变形和抗破裂。其刚性必须与弹性平衡。机架必须能够承受冲击，在载荷作用下不产生裂缝和永久变形。机架材料必须能消除或阻止振动的传递，从而

2、减小使机床精度及寿命下降的摆动。机架必须能抵抗不利的车间环境，其中包括新的冷却液和润滑剂。机架材料不能产生过多的热，必须能在其额定寿命内不发生变形，必须拥有足够的密度使力分布均匀。各种机架材料的利与弊铸件或焊件都可用于大部分应用场合。要决定哪一个最好，还要看给定的设计环境下所用成本而定。铸铁。几乎全部的机床架都由传统的铸铁来制造，因为任何其它方法都难以获得的特征都可通过铸造获得。铸铁拥有较好的刚度/重量比以及较好的阻尼特性。在有需要的地方改变铸件壁厚和添加其它金属，都是相当容易实现的。尽管铸铁比较便宜，但铸件都需要有一个铸模。因为铸模的

3、成本，想要获得更大尺寸的铸件则成为一个限制因素。螺栓接合问题，铸铁需要退火，这些都是难以满足的，而且随着铸件尺寸增加，制造成本也随之增加。小尺寸，大批量的机器通常产用铸铁机架，因为它们可以很容易地承担铸模成本。对于小批量的机器来说，焊接件机架会更便宜。焊接钢。在不利于使用铸件的场合下，机器制造商则用焊接钢来制造机架。因为焊接钢拥有更高的弹性模量，通常会在焊接钢上使用加强筋以提高其刚度。确定要使用焊接钢的数量是一个设计权衡的过程：虽然使用焊接钢可以容易获得较大面积截面，甚至可以在原设计完成后再增加其它特征，但热量可导致其变形并且制造成本也

4、随之增加。另外，焊接钢通过钢架也可以阻止振动的传递。机架制造商有时会通过向焊接钢结构通循环冷却水或向铸造型腔添加铅或沙的方法来增大阻尼。复合材料。使用上述材料的改良材料，包括高分子材料，合金材料，以及陶瓷基体材料，都有可能使机床的设计发生巨大变化。可以使基体和增强材料在某一个指定的轴线方向上具有所需要的强度。陶瓷。日本于20世纪80年代提出了试验性的陶瓷机架机器概念。陶瓷拥有较高的强度，刚度，尺寸稳定性及良好的抗腐蚀性和极好的表面粗糙度，但陶瓷易碎并且价格较高。其较弱的传导率既可能是其优势也可能是其劣势。复合材料及陶瓷的使用都是有限的。

5、钢筋混凝土。尽管用于简单截面的常规钢筋混凝土增加了质量并减小了振动，但另一种形式的钢筋混凝土，它际上是由被粉碎的混凝土或花岗岩粘合在高分子基体上形成的高分子基体复合材料更受欢迎。这种复合材料拥有比铸铁更好的阻尼特性，它几乎可以被铸成任何形状，而不需要释放应力，如果使用镶嵌件，它还可以容纳紧固件及轨道。然而，它的强度及热扩散率都不及金属材料。设计者必须考虑与复合材料及金属材料相连接的材料的不同膨胀系数。这类材料最常用于高精度机床及磨床中。基础基础应该保证机器的刚度，减震和隔离是次要的考虑事项。如果机床刚度不足，基础必须要能提供必要的刚度支

6、持。在选择基础的时候，设计者必须考虑机床的重量，它所产生的力，精确度要求，以及向与机器毗邻的地面传递的载荷。地面土壤环境是一个问题，因为，长时间的改变会影响机床稳定性。机架设计在机架设计中考虑的主要问题是：载荷，阻尼，检测孔的数量，热变形和噪音。载荷。了解机床产生的动态及静态载荷是最基本的。基本载荷是静态力：包括机床及工件的质量。动态载荷指的是，机床一经运转就产生的各种载荷。它们包括：产生加速度和减速度的载荷，刀具作用载荷，由于不平衡所产生的载荷，由载荷和振动之间引起的自激载荷。阻尼。尽管机架材料及其设计方案应能使其阻尼减小，然而有时候

7、也需要安装阻尼器来解决某个具体问题。减振器只有在机器动态力很小的地方才会工作良好并且仅当设计者完全了解系统所涉及的所有载荷情况下才会有效率的工作。例如，当在静态条件下工作良好的减振器，工作在动态力条件下，它的影响是弊大于利。检测孔。虽然每个机架应该是实心的，但是，机器都需要一定的开口以便组装和维修。设计人员应该综合考虑检测孔的数量和尺寸与刚度和强度之间的关系。热力学方面的考量.如果机架发生变形，那么内部热源或者外部热源都是一个造成错误的主要因素。外部热源包括车间的环境条件，冷却剂与润滑剂和阳光。机床本身也有热源：电动机，机器运动带来的摩

8、擦以及刀具在工件上的切削运动。理想情况下，应使机架产生的热量减小到最小并保持一定。噪音.鉴于健康和安全方面的因素考虑，如何减小噪音成为近年来比较受关注的话题。工件飞速转动引起的空气湍流以及飞速旋转的卡盘，都