1目錄1概述11.1機床支承大件功能要求.11.2機床大件的結特征.12床身大件的結構材料.22.1鑄造結構材料.22.2非金屬結構材料.43機床大件與機床的整體布局.53.1機床大件與機床整體剛度的關系.53.2機床大件的組合與支承.73.3按綜合位移原理布局大件.93.4合理配置大件間的剛度比例.103.5機床大件形體尺寸的確定.114彎曲剛度的設計.124.1支承大件最小剛度的確定.124.2機床大件本體彎曲剛度指標.124.3彎曲剛度的設計計算.135截面形狀、窗口和壁厚的設計.155.1截面高度h和寬度b.155.2窗口（板壁孔）設計.165.3壁厚確定.175.4導軌過渡壁的設計.186加強肋設計.196.1加強肋的類型.196.2加強肋的機理.196.3立柱加強肋.226.4床身加強肋.236.5箱體加強肋.237連接結構設計.247.1機床大件連接結構形式.247.2螺釘凸緣結構的接觸剛度.257.3螺釘和凸緣結構剛度計算.267.4螺釘大小、個數與排列.277.5床身與基礎的接觸剛度.288機床大件焊接結構的設計.298.1焊接結構的造型特點.298.2焊接結構設計應注意的問題.308.3機床焊接結構的工藝設計.319結束語.32參考文獻.34致謝辭.351.概述21.1機床支承大件的功能要求支承大件通常指床身、立柱、工作臺、橫梁、箱體、底座等部件，他們是其他零、部件賴以連接、固定和運動的基礎1。機床的整體功能，在很大程度上取決于其支承大件的結構功能。一般機床支承大件的功能要求，見表1。表1機床床身等大件的功能要求2支承大件功能技術經濟要求1.尺寸容量支承大件的形體尺寸，如鏜床、車床、等機床，應能容納加工零件的最大輪廓尺寸；但如龍門刨床、平面磨床等機床，不僅要包容工件的輪廓尺寸，還應考慮刀具與工件之間相對運動所設計的最大行程2.性能要求支承大件的性能要求，旨在為實現整機功能提供可靠的剛度和強度支承，其結構功能應保證在工作情況下的工作應力、變形、撓度和位移保持在規定范圍以內。因此，要滿足下列要求1.靜剛度要高，在承受最大載荷時，變形量不超過規定值；在大件本體移動時，或其他部件在大件上移動時，靜剛度的變化要小2.動剛度要好，在預定的切削條件下工作時，其振動和噪聲應在允許范圍內3.溫度分布合理，工作室的熱變形對加工精度的影響小3.技術及經濟效率1.保證操作者在最安全和最方便的情況下進行機床調整和操作2.保證機床維護與修理具有滿意的條件，易于安全運輸和裝卸3.結構的總重量與元件重量的分布，要滿足技術和經濟要求，并能低成本、高效率地進行制造和安裝4.外觀造型要求要考慮到諸多的人機關系和時代的審美要求。現代科學和工藝的高速發展，機床產品的造型情趣，一般崇尚明快、簡潔、俊秀的直線方角造型，提倡“古典魅力”與現代造型和技術的巧妙糅合，以突出獨立自主的、又自我個性的造型情趣1.2機床大件的結構特征1.形體結構特征機床的床身、立柱、工作臺、橫梁、箱體、底座等支承大件，就其形體結構又如下兩個特征：從形體上看，是空間板系結構；從載荷上看，是空間力系的載體。見表2。表2機床床身等大件的結構特征23結構特征簡要說明1.空間板系組合結構機床支承大件屬于空間板系結構或板、梁等空間組合結構。2.空間力系載體機床在靜態和動態中可能產生的各種作用力，都直接或間接的由大件來承受。他們有：1.切削力，指Fx進給抗力；Fy吃刀抗力；Fz主切削力2.重力，指工件及機床重量3.摩擦力，指移動部件和固定部件相對運動時導軌面見的摩擦力4.夾緊力，指連接大件和移動部件間的連接力5.慣性力6.沖擊或振動干擾力（外加激振力）機床大件的設計，通常把各種力歸納為靜態力和動態力，再分別研究結構的靜剛度和動剛度3。對于大型、重型、高速精密機床的大件，還要考慮到沖擊或振動干擾力的作用下，可能產生位移、速度和加速度，以及由于板壁失穩而出現的結構斷面形狀畸變和噪聲等動力響應問題；對于高度精密機床，如磨床，由于加工過程中產生大量的切削熱，以及電動機和液壓系統的發熱，因此還應考慮到大件的熱變形問題。所以，支承大件的設計需要進行受力、變形和剛度分析。2機床大件的結構材料機床支承大件采用的結構材料，主要取決于機床技術發展的需要。以大型和重型化為目標的機床，材料的力學性能起著決定性作用；以超速、超精加工為目標的現代化數控機床，對其結構材料還要具備高的減震性、耐磨性、熱穩定性和抗腐性等綜合的力學、物理和化學性能。所以，由于對現代機床的結構材料特殊性能的要求日益多樣化，往往不是單一材料所能滿足的，正在朝著多元化的方向發展。2.1鑄造結構材料1.灰鑄鐵件牌號與力學性能4常用灰鑄鐵件的牌號、性能和用途，見表3。灰鑄鐵材料易于鑄造，且切削加工性好，制造成本低，并具有良好的耐磨性和減振性，是傳統的機床大件結構材料。通常，用TH200或TH300做床身、立柱，與TH150或TH200做溜板、工作臺而匹配使用。它適用于潤滑及防護條件較好、載荷不大、需用刮研加工導軌的普通機床上。4表3灰鑄鐵件牌號、性能和用途（摘自GB/T94391988）2牌號預計的鑄件力學性能用途壁厚/mm抗拉強度/bMPaHT1002.5102030102030501301009080HT1502.510203010203050175145130120端蓋，軸承座，閥殼手輪，一般機床底座、床身、工作臺、滑座及其他復雜零件HT2002.510203010203050220195170160一般機床床身，機體，中等壓力(小于7840kPa)液壓缸、泵和閥體、齒輪、飛輪、齒條等HT250510203010203050270240220200液壓缸、汽缸、聯軸器、機體、齒輪、齒輪箱殼體、飛輪、軸承座、凸輪、襯筒等HT300102030203050290250230齒輪、凸輪、車床卡盤，剪床、壓力機機身，轉塔車床、自動車床及其他重載荷機床的鑄有導軌的床身，高壓液壓缸、液壓泵和滑閥殼體等HT35010203020