第七章数控机床本体设计.ppt

7.1 支承件设计 7.1.1支承件的功用和要求 （1）功用 支承件是机床的基础件，包括床身、底座、立柱、横梁、工作台、箱体和升降台等大件。 1）支承作用：支承机床各零部件，在机床切削时，承受着一定的重力、切削力、摩擦力、夹紧力； 2）基准作用：保证机床在使用中或长期使用后，仍能保证各部件之间正确的相互位置关系和相对运动轨迹； 3）其他作用：有时还利用其空间兼作它用 ，如利用床身的内部空间放置冷却液、液压油箱、电机、电气箱。 （2）要求 1）刚度 指支承件在恒定载荷或交变载荷作用下抵抗变形的能力。前者称为静刚度，后者称为动刚度。 如果机床支承件刚度不足，不仅会产生变形，还会产生振动和爬行，从而影响机床的定位精度及其它性能。 一般所说的刚度往往指静刚度，它包括： 结构刚度：与材料性质、形状及尺寸有关； 接触刚度：不仅与接触材料、几何尺寸、硬度有关、而且还与接触面的粗糙度、几何精度、加工方法等有关。 2) 抗振性 是指支承件抵抗受迫振动和自激振动的能力。 抵抗受迫振动的能力是指受迫振动的振幅不超过许用值，即要求有足够的静刚度。 抵抗自激振动的能力是指在给定的切削条件下，能保证切削的稳定性。 3) 热变形 热源：机床工作时，电动机、传动系统的机械摩擦及切削过程等都会发热，机床周围环境温度的变化也会引起支承件温度变化，产生热变形。 措施：一般通过控制发热或使热量均匀分布及改善支承件散热条件等措施来减小热变形及其对精度的影响。 4) 内应力 支承件在铸造、焊接及粗加工的过程中，材料内部会产生内应力，导致变形。因此应在焊、铸、粗加工等工序后进行时效处理，以消除内应力。 5) 其它 排屑通畅，操作方便，吊运安全，良好的工艺性。 支承件的重量约为机床总重的80％以上，减轻重量对节约金属特别有效。 （3）分类 1）一个方向的尺寸比另两个方向大得多的零件 如：床身、立柱、横梁、摇臂、滑枕等----梁件 2）两个方向的尺寸比第三个方向大得多的零件 如：底座、工作台、刀架-----板件 3）三个方向的尺寸都差不多的零件 如：箱体、升降台等-----箱形件 7.1.2 支承件的静刚度 7.1.2.1 受力和变形分析 （1）各类机床外载的简化 1）中小型普通机床：外载荷以切削力为主，工件重量、移动件重量可忽略不计； 2）精密和高精度机床：载荷以移动件重力和热应力为主，切削力可忽略不计； 3）大型机床：载荷应同时考虑工件重力、切削力和移动件重力。 （2）车床床身受力分析 机床工作时，工件被支承在主轴箱与尾架之间，图7-1(a)所示为作用在工件上的力，切削力分解成三个分力Px、Py和Pz。它们通过刀架作用于床身上。 车床床身变形的主要形式是垂直面和水平面内的弯曲，以及由M nZ 和MnY联合作用下的扭转。 结论： 1）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。 2）较长床身，扭转变形造成刀尖与工件的位移相当大。长床身应注意提高其扭转刚度。 3）床身两端特别是主轴箱一端，需特别提高其刚度。 （3）床身变形对加工精度的影响 1）扭矩引起的扭转变形 它作用在横截面内，使床身产生扭转变形，造成前后导轨不平行，使工件产生加工误差。 2）PZ产生弯矩使床身在垂直平面内产生弯曲变形 床身在垂直平面内产生弯曲变形引起的加工误差可忽略不计。 3） PY产生弯矩使床身在水平面内产生弯曲变形 变形近似以1：1的比例关系反映为工件的加工误差。 7.1.2.2 提高支承件静刚度的途径 支承件的变形：自身变形、局部变形、接触变形 (1) 提高支承件的自身刚度 支承件抵抗自身变形的能力称为支承件的自身刚度，它主要决定于支承件的材料、形状、尺寸和肋板的布置等。应从以下几个方面考虑提高支承件的自身刚度。 ① 正确选择截面的形状和尺寸 a. 空心截面的惯性矩比实心的大。（刚度） b. 圆形截面的抗扭刚度比方形的大，而抗弯刚度比方形的小；同样，环形的抗扭刚度比方框形与长框形的大，而抗弯刚度小于后者。 抗弯 抗扭 c. 封闭截面比不封闭的截面刚度大。 d. 方形断面与矩形断面相比，矩形断面抗弯刚度高，方形断面抗扭刚度高。 e.工字形截面抗弯刚度最好，抗扭刚度最差。 ② 合理布置肋板和肋条 肋板又称隔板，肋条又称加强肋。当支承件截面形状或尺