第7章支承件导轨设计PPT课件
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
钢板焊接结构的缺点是钢板材料内摩擦阻尼约为铸 铁的1/3,抗振性较铸铁差,为提高机床抗振性能, 可采用提高阻尼的方法来改善动态性能。
2020/9/28
16
预应力钢筋混凝土
主要用于制作不常移动的大型机械 的机身、底座、立柱等支承件。预 应力钢筋混凝土支承件的刚度和阻 尼比铸铁大几倍,抗振性好,成本 较低。用钢筋混凝土制成支承件时, 钢筋的配置对支承件影响较大。缺 点是脆性大,耐腐蚀性差,油渗入 导致材质疏松,所以表面应进行喷 漆或喷涂塑料。
金属切削机床设计
支承件、导轨设计
2020/9/28
1
支承件的功能和应满足的基本要求
主要功能:保证机床各零、部件之间的相互位 置和相对运动精度,并保证机床有足够的静刚 度、抗振性、热稳定性和耐用度。
应满足下列要求:
足够的刚度和较高的刚度—质量比。 较好的动态特性,包括较大的位移阻抗(动刚度)和
高支承件水平面内弯曲刚
度;垂直放置的肋板有助
于提高支承件垂直面内的
弯曲刚度;而斜向肋板能
同时提高支承件的抗弯和
肋板布置图 a)正方形 b) X形
抗扭刚度。
2020/9/28
10
支承件肋板的布置
立式加工中心立柱 a)菱形加强肋 b) X形加强肋
2020/9/28
两种结构抗弯和抗扭 刚度都很高。应用于 受复杂的空间载荷作 用的机床。如加工中 心、镗铣床等。
常用的铸件牌号有HT200、HT150、HT100。
2020/9/28
15
钢板焊接结构
用钢板和型钢等焊接支承件,其特点是制造周期短, 省去制作木模和铸造工艺;支承件可制成封闭结构, 刚性好;便于产品更新和结构改进;钢板焊接支承 件固有频率比铸铁高,在刚度要求相同情况下,采 用钢焊接支承件可比铸铁支承件壁厚减少一半,重 量减轻20%~30%。
2020/9/28
6
支承件的形状
箱形类: 支承件在三个方向的尺寸上都相差不多, 如各类箱体、底座、升降台等。
板块类: 支承件在两个方向的尺寸上比第三个 方向大得多,如工作台、刀架等。
梁类: 支承件在一个方向的尺寸比另两个方向 大得多,如立柱、横梁、摇臂、滑枕、床身等。
2020/9/28
7
支承件的截面形状和选择
支承件结构的合理设计是应在最小重量条件 下,具有最大静刚度。静刚度主要包括弯曲 刚度和扭转刚度,均与截面惯性矩成正比。 支承件截面形状不同,即使同一材料、相等 的截面积,其抗弯和抗扭惯性矩也不同。
2020/9/28
8
不同截面的抗弯抗扭惯性矩
无论是方形、圆形或矩形,空心截面的刚度都比实心 的大,而且同样的断面形状和相同大小的面积,外形 尺寸大而壁薄的截面,比外形尺寸小而壁厚的截面的 抗弯刚度和抗扭刚度都高。
2020/9/28
5
机床的布局形式对支承件形状的影响
床身导轨的倾斜角度有30°,45°, 60°,75°。 小型数控车床采用45°, 60°的较多。中型卧式 车床采用前倾床身、前倾拖板布局形式较多,其 优点是排屑方便,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。
11
支承件肋条的布置
立柱肋条布置图
2020/9/28
一般将肋条配置于支承 件某一内壁上,主要为 了减小局部变形和薄壁 振动,用来提高支承件 的局部刚度。
12
支承件肋条的布置
局部加强肋 a)底板加强肋 b)导轨加强肋
2020/9/28
局部增设肋条,提高 局部刚度。a表示在支 承件的固定螺栓、联 接螺栓或地脚螺栓处 的加强肋。图b为床身 导轨处的加强肋。
阻尼;整机的低阶频率较高,各阶频率不致引起结构 共振;不会因薄壁振动而产生噪声。 热稳定性好。 排屑畅通、吊运安全,并具有良好的结构工艺性。
2020/9/28
2
支承件的结构设计
首先考虑所属机床的类型、布局及常用支承件的 形状。
综合考虑其工艺性。 初步决定其形状和尺寸。 进行有限元计算,求出其静态刚度和动态特性。 修改和完善,选出最佳结构形式,既能保证支承
13
支承件的材料
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
2020/9/28
14
铸铁
一般支承件用灰铸铁制成,在铸铁中加入少量合金 元素可提高耐磨性。铸铁铸造性能好,容易获得复 杂结构的支承件,同时铸铁的内摩擦力大,阻尼系 数大,使振动衰减的性能好成本低。但铸件需要木 模芯盒,制造周期长,有时产生缩孔、气泡等缺陷, 成本高,适于成批生产。
2020/9/28
18
树脂混凝土
树脂混凝土与普通混凝土不同,它是用树脂和稀释剂 代替水泥和水,将骨料固结成为树脂混凝土,也称人 造花岗岩。
采用合成树脂为粘接剂,加入固化剂、稀释剂、增韧 剂等将骨料固结而成。
稀释剂的作用是降低树脂的粘度,使浇铸时有较好的 渗透力,防止固化时产生气泡。
圆(环)形截面的抗扭刚度比方形好,而抗弯刚度比 方形低。
封闭截面的刚度远远大于开口截面的刚度,特别是抗 扭刚度。
2020/9/28
9
支承件肋板的布置
肋板是指联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,从而使整个支承件肋板有助于提
件具有良好的性能,又能尽量减轻重量,节约金 属。
2020/9/28
3
机床的类型
以切削力为主的中小型机床 以移动件的重力和热应力为主的精密和高精密
机床 重力和切削力必须同时考虑的大型和重型机床
2020/9/28
4
机床的布局形式对支承件形状的影响
卧式数控车床的布局形式 a)平床身 b)后倾床身 c)前倾拖板 d)前倾床身
数控车床的底座和床身示意图 1一混凝土床身 2一内封沙芯
2020/9/28
17
天然花岗岩
天然花岗岩性能稳定,精度保持性好,抗振性好, 阻尼系数比钢大15倍,耐磨性比铸铁高5-6倍,导 热系数和线胀系数小,热稳定性好,抗氧化性强, 不导电,抗磁,与金属不粘合,加工方便,通过研 磨和抛光容易得到很高的精度和表面粗糙度。目前 用于三坐标测量机、印制电路板数控钻床、气浮导 轨基座等。缺点是结晶颗粒粗于钢铁的晶粒,抗冲 击性能差,脆性大,油和水等液体易渗入晶界中, 使表面局部变形胀大,难于制作复杂的零件。
2020/9/28
16
预应力钢筋混凝土
主要用于制作不常移动的大型机械 的机身、底座、立柱等支承件。预 应力钢筋混凝土支承件的刚度和阻 尼比铸铁大几倍,抗振性好,成本 较低。用钢筋混凝土制成支承件时, 钢筋的配置对支承件影响较大。缺 点是脆性大,耐腐蚀性差,油渗入 导致材质疏松,所以表面应进行喷 漆或喷涂塑料。
金属切削机床设计
支承件、导轨设计
2020/9/28
1
支承件的功能和应满足的基本要求
主要功能:保证机床各零、部件之间的相互位 置和相对运动精度,并保证机床有足够的静刚 度、抗振性、热稳定性和耐用度。
应满足下列要求:
足够的刚度和较高的刚度—质量比。 较好的动态特性,包括较大的位移阻抗(动刚度)和
高支承件水平面内弯曲刚
度;垂直放置的肋板有助
于提高支承件垂直面内的
弯曲刚度;而斜向肋板能
同时提高支承件的抗弯和
肋板布置图 a)正方形 b) X形
抗扭刚度。
2020/9/28
10
支承件肋板的布置
立式加工中心立柱 a)菱形加强肋 b) X形加强肋
2020/9/28
两种结构抗弯和抗扭 刚度都很高。应用于 受复杂的空间载荷作 用的机床。如加工中 心、镗铣床等。
常用的铸件牌号有HT200、HT150、HT100。
2020/9/28
15
钢板焊接结构
用钢板和型钢等焊接支承件,其特点是制造周期短, 省去制作木模和铸造工艺;支承件可制成封闭结构, 刚性好;便于产品更新和结构改进;钢板焊接支承 件固有频率比铸铁高,在刚度要求相同情况下,采 用钢焊接支承件可比铸铁支承件壁厚减少一半,重 量减轻20%~30%。
2020/9/28
6
支承件的形状
箱形类: 支承件在三个方向的尺寸上都相差不多, 如各类箱体、底座、升降台等。
板块类: 支承件在两个方向的尺寸上比第三个 方向大得多,如工作台、刀架等。
梁类: 支承件在一个方向的尺寸比另两个方向 大得多,如立柱、横梁、摇臂、滑枕、床身等。
2020/9/28
7
支承件的截面形状和选择
支承件结构的合理设计是应在最小重量条件 下,具有最大静刚度。静刚度主要包括弯曲 刚度和扭转刚度,均与截面惯性矩成正比。 支承件截面形状不同,即使同一材料、相等 的截面积,其抗弯和抗扭惯性矩也不同。
2020/9/28
8
不同截面的抗弯抗扭惯性矩
无论是方形、圆形或矩形,空心截面的刚度都比实心 的大,而且同样的断面形状和相同大小的面积,外形 尺寸大而壁薄的截面,比外形尺寸小而壁厚的截面的 抗弯刚度和抗扭刚度都高。
2020/9/28
5
机床的布局形式对支承件形状的影响
床身导轨的倾斜角度有30°,45°, 60°,75°。 小型数控车床采用45°, 60°的较多。中型卧式 车床采用前倾床身、前倾拖板布局形式较多,其 优点是排屑方便,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。
11
支承件肋条的布置
立柱肋条布置图
2020/9/28
一般将肋条配置于支承 件某一内壁上,主要为 了减小局部变形和薄壁 振动,用来提高支承件 的局部刚度。
12
支承件肋条的布置
局部加强肋 a)底板加强肋 b)导轨加强肋
2020/9/28
局部增设肋条,提高 局部刚度。a表示在支 承件的固定螺栓、联 接螺栓或地脚螺栓处 的加强肋。图b为床身 导轨处的加强肋。
阻尼;整机的低阶频率较高,各阶频率不致引起结构 共振;不会因薄壁振动而产生噪声。 热稳定性好。 排屑畅通、吊运安全,并具有良好的结构工艺性。
2020/9/28
2
支承件的结构设计
首先考虑所属机床的类型、布局及常用支承件的 形状。
综合考虑其工艺性。 初步决定其形状和尺寸。 进行有限元计算,求出其静态刚度和动态特性。 修改和完善,选出最佳结构形式,既能保证支承
13
支承件的材料
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
2020/9/28
14
铸铁
一般支承件用灰铸铁制成,在铸铁中加入少量合金 元素可提高耐磨性。铸铁铸造性能好,容易获得复 杂结构的支承件,同时铸铁的内摩擦力大,阻尼系 数大,使振动衰减的性能好成本低。但铸件需要木 模芯盒,制造周期长,有时产生缩孔、气泡等缺陷, 成本高,适于成批生产。
2020/9/28
18
树脂混凝土
树脂混凝土与普通混凝土不同,它是用树脂和稀释剂 代替水泥和水,将骨料固结成为树脂混凝土,也称人 造花岗岩。
采用合成树脂为粘接剂,加入固化剂、稀释剂、增韧 剂等将骨料固结而成。
稀释剂的作用是降低树脂的粘度,使浇铸时有较好的 渗透力,防止固化时产生气泡。
圆(环)形截面的抗扭刚度比方形好,而抗弯刚度比 方形低。
封闭截面的刚度远远大于开口截面的刚度,特别是抗 扭刚度。
2020/9/28
9
支承件肋板的布置
肋板是指联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,从而使整个支承件肋板有助于提
件具有良好的性能,又能尽量减轻重量,节约金 属。
2020/9/28
3
机床的类型
以切削力为主的中小型机床 以移动件的重力和热应力为主的精密和高精密
机床 重力和切削力必须同时考虑的大型和重型机床
2020/9/28
4
机床的布局形式对支承件形状的影响
卧式数控车床的布局形式 a)平床身 b)后倾床身 c)前倾拖板 d)前倾床身
数控车床的底座和床身示意图 1一混凝土床身 2一内封沙芯
2020/9/28
17
天然花岗岩
天然花岗岩性能稳定,精度保持性好,抗振性好, 阻尼系数比钢大15倍,耐磨性比铸铁高5-6倍,导 热系数和线胀系数小,热稳定性好,抗氧化性强, 不导电,抗磁,与金属不粘合,加工方便,通过研 磨和抛光容易得到很高的精度和表面粗糙度。目前 用于三坐标测量机、印制电路板数控钻床、气浮导 轨基座等。缺点是结晶颗粒粗于钢铁的晶粒,抗冲 击性能差,脆性大,油和水等液体易渗入晶界中, 使表面局部变形胀大,难于制作复杂的零件。