机械制造装备设计9(支撑件导轨).ppt

第9章 支承件及导轨 支承件(Structural elements) 功用 基本要求 受力分析 静刚度 结构设计 提高自身刚度 减少热变形 提高局部刚度 材料和热处理 提高接触刚度 结构工艺性 提高抗振性 焊接结构 第一节 支承件的功用及基本要求 支承件——床身、立柱、横梁、摇臂、底座、刀架、工作台、箱体和升降台等尺寸及重量较大的零件——大件 在切削时，刀具与工件之间相互作用的力沿着大部分支承件逐个传递并使之变形。 机床的动态力(如变动的切削力，往复运动件的惯性，旋转件的不平衡等)使支承件和整机振动 支承件的热变形改变执行器官的相对位置或运动轨迹。 影响加工精度和表面质量 支承件是机床十分重要的构件 一、功用 支承机床各部件，承受切削力、重力、惯性力、摩擦力等静态力和动态力 保证各部件之间的相对位置精度和运动部件的相对运动轨迹的准确关系。 内部空间可存放切削液、润滑液、液压油的油箱、电动机 二、基本要求 1．足够的静刚度和较高的刚度／重量比 要求在规定的最大载荷作用下，变形量不得超过一定的数值。 重量占机床总重量的80％以上，应尽量减轻支承件的重量。 2．良好的动态特性 包括较大的动刚度和阻尼； 与其它部件相配合，使整机的各阶固有频率不致与激振频率重合而产生共振； 不会发生薄壁振动而产生噪声等。 3．应具有较好的热变形特性，使整机的热变形较小或热变形对加工精度的影响较小 由于摩擦热、切削热等产生热变形和热应力 在铸造、焊接和粗加工过程中，会形成内应力，使支承件变形。 热变形和内应力都将破坏部件间的相互位置关系和相对运动轨迹，影响加工精度。 4．应该排屑畅通、吊运安全，并具有良好的工艺性以便于制造和装配。 支承件的设计步骤 根据其使用要求进行受力分析 根据所受的力和其它要求(如排屑、安装别的零部件等)，并参考现有机床的同类型件，初步决定其形状和尺寸。 可以用有限元法(Finite element method)借助计算机进行验算，求得其静态和动态特性。 据此对设计进行修改或对几个方案进行对比，选择最佳方案。 这样，在设计阶段就可以预测支承件的性能，以避免盲目性，提高一次成功率。 第二节 支承件的受力分析 支承件是机床的一个组成部分 分析支承件的受力必须首先分析机床的受力 了解支承件的受力情况，产生的变形以及由此引起的加工误差是合理设计支承件结构的依据。 为简化分析，根据机床所受载荷的特点，对不同类型机床的受力分析各有所侧重。 机床根据其所受的载荷的特点，可分为三大类: 中、小型机床 ——载荷以切削力为主 工件的重量、移动部件(如车床的刀架)的重量等相对较小，在受力和变形分析时可忽略不计(例如车床刀架从床身的一端移至床身中部时，引起的床身弯曲变形的变化可忽略不计) 如中型车床、铣床、钻床、加工中心等 精密和高精度机床 —— 以精加工为主，切削力较小 载荷以移动件的重力和热应力为主 例如双柱立式坐标镗床，分析横梁受力和变形时，主要考虑主轴箱从横梁的一端移至中部，引起的横梁弯曲和扭转变形。 大型机床 ——工件重，切削力较大，移动件的重量也较大 载荷必须同时考虑工件重力、切削力和移动件的重力。 例如重型车床、落地镗铣床和龙门式机床等。 三大类支承件 (1)一个方向的尺寸比另外两个方向大得多的零件 如床身、立柱、横梁、摇臂、滑枕等——梁类件 (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、刀架等——板类件 (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 一、摇臂钻床的受力分析 摇臂钻床的受力状况 切削载荷——切削转矩T 进给力Ff 切削载荷经主要支承件主轴箱 4、摇臂3、立柱2和1，传递至 底座5 上述支承件产生弹性变形——弯曲或扭转 变形的结果——主轴轴线在yz平面 xz平面内产生偏转，使轴线不垂直于底座的顶面 钻床精度标准规定了主轴在一定的轴向力(模拟Ff)作用下，主轴轴线在yz和zx面内允许的偏转角。 轴向力的大小，因机床的种类、大小而异，见各类钻床的精度标准。 分析时，立柱和摇臂可看作是梁类件 底座可看作是板类件 主轴箱