第十一章 支承件设计

三、机床的类型、布局和支承件的形状 机床的类型可分为三类： 中小型机床 精密和高精度机床 大型和重型机床 机床的布局形式直接影响支承件的结构设计。中 型卧式车床采用前倾车身、前倾托板布局形式较 多 优点是不使切屑堆积在导轨上将热量传给床身 而产生热变形；容易安装自动排屑装置；床身设 计成封闭的箱形，能保证有足够的抗弯和抗扭强 度。







摇臂钻受力分析 如图：切削载荷为扭矩T和进给力Ff


主要分析立柱和摇臂 可视为悬臂梁 摇臂： y z平面内弯矩M1(FfL)
绕y轴扭矩M2（Ff e)


T引起弯曲变形

立柱分内外两层 外柱受力： 力偶矩在y z面内为M1=Ff L 在x z面内为M2=Ff e


床身结构图

对称的床身结构，排屑器能从床身中部迅速地将 炙热的切屑排除，并且冷却油的对称循环保证了 机床的热稳定性

高 刚 性 结 构

四、支承件的静力分析 正确的受力分析是合理设计支承件的基础 支承件的分类： ⑴一个方向的尺寸比另两个方向的大得多 梁类件：床身、立柱、横梁、摇臂、滑枕 ⑵两个方向尺寸比第三方向的大得多 板类件：底座、工作台、刀架等 ⑶三个方向尺寸差不多 箱类件：箱体、升降台




窗孔宽度不要超过空腔宽度的70% 窗孔边缘加厚 窗孔加盖可恢复一定的刚度

2、提高局部刚度 合理配置加强筋 适当加厚过渡壁 加强筋的高度可 取壁厚的4～5倍




筋厚与壁厚之比为0.8～1


a、轴承座 b、c、薄壁 d、立柱内环形筋，防止畸变

3、提高接触刚度 降低接触表面的粗糙度值 Ra≤1.6 重要表面须磨配或刮配 高精度机床每25x25 mm2为12个点 精密机床为8个点 普通机床为6个点 接触点应分布均匀
源自文库


（五）树脂混凝土： 刚度高，具有良好的阻尼性能 ，抗振 性好，热稳定性高，质量轻，可有良 好的 几何形状精度，极好的耐腐蚀性，成本低， 无污染，生产周期短，床身静刚度高。 且可以预埋金属或添加加强纤维来提高某 些力学性能



铸铁和钢质的支承件需要进行时效处理 以消除内应力
时效处理： 自然时效 人工时效 振动时效


（三）提高热稳定性： 主要方法有： （1）控制温升： 采用分离或隔绝热源方法 （2）采用热对称结构： 所谓热对称结构是指在发生热变形时， 其工件或刀具回转中心线的位置基本保持 不变，因而减小了对加工精度的影响。

（3）采用热补偿装置： 采用热补偿装置的基本方法是在热变 形的相反方向上采取措施，产生相应的反 方向热变形，使两者之间影响互相抵消， 减少综合热变形


立柱的截面有圆形、方形、矩形 圆形截面抗弯差 矩形截面的长尺寸 放在受力大的方向上


横梁有的受复杂的 空间载荷，一般做成封闭截面
底座连接部位要有足够的局部刚度


三、支承件的材料和时效处理


支承件常用的材料有：铸铁、钢板和型钢、 天然花岗岩、预应力钢筋混凝土、树脂混 凝土等 （一）铸铁：



4、合理选择壁厚 根据工艺的可能，尽量选薄一些 当量尺寸 C

按 C 选壁厚，此壁厚是最薄尺寸

支承件也可采用焊接结构

焊接支承件
一般采用钢板与型钢焊接而成 生产周期短、省材料、易做成封闭结构



二、支承件的结构设计 床身截面形状主要取决于刚度要求、导轨 位置、内部安装的零件和排屑等 数控车床不用手工操作，又必须排除大量 切屑导轨常做成倾斜的






（二）提高动态特性： （1）改善阻尼特性： 对于铸件支承件， 铸件内砂芯不清除， 或在支承件中填充 型砂或混凝土等 阻尼材料， 可以起到减振用。



对焊接支承件，除了可以在内腔中填充混 凝土减振外，还可以充分利用结合面间的 摩擦阻尼来减小振动。（即分段焊缝可增 大阻尼）。 或者采用阻尼涂层。 （2）采用新材料制造支承件： 刚性高、抗振性好，热变形小、耐化学腐 蚀

筋板是指连接支承件四周外壁的内板，它 能使支承件外壁的局部载荷传递给其它壁 板，从而使整个支承件承受载荷，加强支 承件的自身和整体刚度。 布置方式：水平、垂直、斜向。



⑶开窗孔和加盖 窗孔对刚度的影响决定于它的大小和位置
矩形截面的立柱，窗孔尽量不要开在前、 后壁上 窗孔开在与弯曲平面垂直的壁上，影响抗 弯刚度较大




四、支承件结构工艺性 设计时应注意支承件的结构工艺性 铸件要尽量形状简单，壁厚均匀，拔模容 易，拐角要圆滑过渡


焊接件设法减少焊接变形，尽量不仰焊 加工平面尽可能设在一个平面内，以便于 加工

第三节 提高支承件性能的措施

（一）提高支承件的静刚度和固有频率： 提高支承件的静刚度和固有频率主要方法 是根据支承件受力情况合理的选择支承件 的材料、截面形状和尺寸、壁厚 合理的布置隔板和筋条，以提高结构整体 和局部的弯曲刚度和扭转刚度。

比较后可知： ①空心截面的惯性矩比实心的大 加大轮廓尺寸，减小壁厚，可提高刚度


②封闭截面的刚度远大于开口截面的刚度， 特别是抗扭刚度 尽量设计成封闭截面
③圆（环）形截面的抗扭刚度比方形好， 而抗弯刚度比方形低 按受力情况选取截面形状

⑵合理布置筋板（隔板） 筋板可提高整体刚度
铸造性能好，阻尼系数大，振动衰减性能 好，成本低，适于成批生产。 （二）钢板焊接结构： 制造周期短，刚性好，便于产品更新和结 构改进，重量轻


（三）预应力钢混凝土筋： 抗振性好，成本低
（四）天然花岗岩： 性能稳定，精度保持性好，抗振性好，热 稳定性好，抗氧化性强，不导电，抗磁， 与金属不粘结，加工方便


T使外柱扭转

内柱受力： 与外柱类似
主要以弯曲变形为主


第二节 支承件的静刚度与结构设计

一、支承件的静刚度 支承件的变形一般包括三个部分： 自身变形、局部变形、接触变形 支承件主要受力：拉压、弯曲、扭转 1、提高自身刚度 ⑴截面形状和尺寸




截面积为100cm2各种截面的抗弯抗扭惯性矩
第十一章

支承件设计


第一节 概述 一、功用 支承其它零部件

保证它们之间正确的相互位置关系和相对 运动轨迹。
切削时承受一定的重力、切削力、摩擦力、 夹紧力。 包括：床身底座、立柱、横梁、工作台、 箱体、升降台等大件



二、支承件的基本要求 1、应具有足够的刚度和较高的刚度——质量比 2、应具有良好的动态特性，各阶固有频率不致引 起结构共振 3、热稳定好 4、从结构和材料上保证其内应力要小 5、排屑畅通、调运安全，并具有良好的结构工艺 性