【正文】 焊接床身常用鋼材型號為 Q235— A， 20號鋼 支承件的材料 預應力鋼筋混凝土 預應力鋼筋混凝土主要制作不常移動的大型機床的床身、底座、立柱等支承件。鋼筋的配置和預應力的大小對鋼筋混凝土的影響較大。當三個坐標方向都設置鋼筋，且預應力皆為 120～ 150kN時，預應力鋼筋混凝土支承件的剛度比鑄鐵高幾倍，且阻尼比鑄鐵大，抗振性能優(yōu)于鑄鐵；制造工藝簡單，成本低。 支承件的材料 預應力鋼筋混凝土缺點是：脆性大，耐腐蝕性差，油滲入后會導致材質(zhì)疏松，所以表面應進行噴漆或噴涂塑料，或?qū)摻罨炷林苓呌媒饘侔甯采w，金屬板間焊接封閉結(jié)構(gòu)。支承件的連接，可采用預埋加工后的金屬件，或二次澆注。 支承件的材料 樹脂混凝土 樹脂混凝土是制造機床床身的新型材料，又稱為人造花崗巖。 之所以稱為樹脂混凝土，是因為以樹脂和稀釋劑代替混凝土中的水泥和水，與各種尺寸規(guī)格的花崗巖塊或大理石塊等骨料均勻混合、搗實固化而形成的。 樹脂為粘接劑，相當于水泥，常用不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂等合成樹脂。 支承件的材料 稀釋劑的作用是降低樹脂粘度，澆注時有較好的滲透力，防止固化時產(chǎn)生氣泡。有時還要加入固化劑，改變樹脂分子鏈結(jié)構(gòu)，使原有的線型或支鏈型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成體型分子鏈結(jié)構(gòu)，有時還要加入增韌劑，提高樹脂混凝土的抗沖擊性能和抗彎強度。 支承件的材料 樹脂混凝土的力學特性及其與鑄鐵的對比 性 能 樹脂混 凝 土 鑄 鐵 性 能 樹脂混 凝 土 鑄 鐵 密 度 對數(shù)衰 減率 彈性模 量 /GPa 38 122 線膨脹 系數(shù) 16 106 11 106 抗壓強 度 /MPa 145 熱導率 /[W/(mK)] 54 抗拉強 度 /MPa 14 250 比熱容 /[J/(kgK)] 1250 544 支承件的材料 樹脂混凝土的阻尼比為灰鑄鐵的 8～ 10倍，因而抗振性能好；對切削液、潤滑劑等有極好的耐腐蝕性；與金屬粘接力強，可根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)要求，預埋金屬件，減少金屬加工量；生產(chǎn)周期短，澆注時無大氣污染，澆注出的床身靜剛度比鑄鐵床身的靜剛度高16%～ 40%。 支承件的材料 樹脂混凝土的缺點是某些力學性能，如抗拉強度較低。它可用增加預應力鋼筋或加強纖維來提高抗彎剛度； 用鋼板焊接出支承件的周邊框架，在空腔中充入樹脂混凝土而形成的結(jié)構(gòu)，適合于大中型機床結(jié)構(gòu)較簡單的支承件。 提高支承件動剛度 機床存在許多運動接觸面和固定接觸面，這些接觸面的接觸剛度和接觸面的阻尼比是不同的；結(jié)構(gòu)在不同的方向具有不同的剛度，因而機床存在許多固有頻率和主振型。 常見的振動有： 整機搖晃振動； 結(jié)合面間的相對振動和零部件的本體振動。 提高支承件動剛度 整機搖晃振動是機床整體在地基支承上的振動。搖晃振動時，機床上各點振幅沿高度和長度方向呈線性分布。垂直于寬度方向平面內(nèi)的搖晃，共振頻率最低。整機搖晃動剛度主要取決于支承件連接部位和基礎的剛度與阻尼。共振頻率為 15～30Hz，阻尼比 。 ? ? 0 03 0 06. ~ .提高支承件動剛度 結(jié)合面處部件間的相對振動是指整個部件作為一個剛體在結(jié)合面處相對于另一部件的直線振動或扭轉(zhuǎn)振動。對于移動結(jié)合面，共振頻率較低（ 40～100Hz），阻尼比 ；對于固定結(jié)合面，共振頻率為 80～ 150Hz，高于移動結(jié)合面；而阻尼比 ，則比移動結(jié)合面低。 ~??~??提高支承件動剛度 機床零部件的本體振動，如主軸組件的彎曲振動、傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動、支承件的彎曲振動和扭轉(zhuǎn)振動等；床身的一次水平彎曲振動，主振系統(tǒng)是床身，共振頻率為 80～ 140Hz，振動的特點是：各點的振動方向一致，同一橫截面上的上下各點的振幅相差不大，越接近長度方向（ z軸），中部振幅越大；床身的一次扭轉(zhuǎn)振動，共振頻率為 30～ 120Hz，其振動的特點是：兩端振動方向相反，振幅為兩端大中間??；床身二次水平彎曲振動，共振頻率為 90～150Hz。 提高支承件動剛度 各種振動對加工精度的影響并不相同。 對車床來講，整機搖晃振動引起刀具和工件的相對振動較小，只要刀架、溜板箱、主軸箱中沒有與整機搖晃振動相同固有頻率的零件，其危害就不大。 一次水平彎曲，引起工件與刀具之間的相對振動，該振動直接影響加工精度 。 床身的扭轉(zhuǎn)振動，也在刀具和工件之間引起有害的振動，且影響是線性的，使加工件留下振紋。 扭轉(zhuǎn)振動和一次彎曲振動頻率低，易在主軸范圍內(nèi)多刃切削時形成共振，危害較大 。 提高支承件動剛度 主軸組件的動剛度為 ? ? 2222 41 ???? ??? KK將支承件振動系統(tǒng)的阻尼比 (振動系統(tǒng)的阻尼由結(jié)合面的摩擦阻尼和材料的內(nèi)摩擦阻尼組成，通常結(jié)合面的阻尼占主要地位 )取代主軸軸承的阻尼比，上式就成為支承件的動剛度；利用導數(shù)性質(zhì)，可求出動剛度相對于頻率比的極值，即共振時的動剛度 提高支承件動剛度 K K K? ? ? ?m in ? ? ?2 1 221121 220?????? ?????共振時 為便于對機床支承件動剛度 進行 分析比較，一般以共振時的動剛度作為支承件的動剛度。 提高支承件動剛度 提高靜剛度和固有頻率 在不增加支承件質(zhì)量的前提下，合理地選擇支承件的截面形狀，合理地布置隔板和加強肋，是提高靜剛度和固有頻率的簡單而有效的方法。 提高支承件動剛度 圖323 普通 臥式車床床身 增加阻尼 對于鑄鐵支承 件，可保留型芯， 采用封砂結(jié)構(gòu)。普 通臥式車床床身可 采用雙壁支承導軌， 型芯安裝在鐵板上 （鐵板為床身外壁 的一部分）。該鐵 板固定在型腔中，并與床身外壁澆注在一起形成局部的封砂結(jié)構(gòu)。 提高支承件動剛度 圖3 24 臥式數(shù)控車床傾斜床身a) b)a) 中型臥式數(shù)控車床 b) 大型臥式數(shù)控車床提高支承件動剛度 提高支承件動剛度 不同焊縫尺寸對構(gòu)件剛度的影響 焊接方式 單 面 焊 縫 雙側(cè)焊縫 焊角高 h/mm 焊縫長 a/mm 220 270 320 1500 1500 1500 焊縫間距 /mm 203 140 73 0 0 0 焊接率 (%) 72 100 100 100 固有頻率 ω0/Hz 175 183 190 196 201 210 靜剛度 K/(N/μm) 阻尼比 ξ 動剛度 K/(N/μm) 13 注：阻尼比為表中值乘以 。 提高支承件動剛度 增加結(jié)合面阻尼的焊接結(jié)構(gòu)，它是通過預加載荷使焊接部位寬度為 B的平面緊密接觸，振動時具有一定接觸應力的平面相對微小滑移，利用材料結(jié)合面的摩擦阻尼提高抗振性能。 焊接結(jié)構(gòu)和鑄件，都可在空腔內(nèi)充注水泥或高阻尼材料，可進一步提高阻尼比。 提高支承件動剛度 支承件外表面可刷涂高阻尼材料如瀝青基膠泥減振劑、高分子聚合物、機床膩子等。涂層厚度越大，阻尼越大。這是在不改變結(jié)構(gòu)設計和剛度又提高阻尼的方法，阻尼比可達 。 ? ? 0 05 0 1. ~ . 可采用預應力鋼筋混凝土、樹脂混凝土等高阻尼材料作支承件； 提高支承件動剛度 BB圖325 增 加結(jié)合面阻尼的焊接結(jié)構(gòu)a） b）a) X形 阻尼焊接結(jié)構(gòu) b) 倒 U形 阻尼焊接結(jié)構(gòu)圖326 銑 床懸梁的阻尼結(jié)構(gòu)導 軌 設 計 導軌的功用是支承并引導運動部件沿一定的軌跡運動。它承受其支承的運動部件和工件（或刀具）的質(zhì)量及切削力。 導軌按運動性質(zhì)可分為主運動導軌、進給運動導軌和移置導軌。 主運動導軌副之間相對運動速度較高，主要用于立車花盤，龍門銑刨床、普通刨插床以及拉床、插齒機等的主運動導軌； 導 軌 設 計 進給運動導軌副之間的相對運動速度較低，機床中大多數(shù)導軌屬于進給運動導軌。移置導軌的功能是調(diào)整部件之間的相對位置，在機床工作中沒有相對運動，如臥式車床的尾座導軌等。 導軌按摩擦性質(zhì)可分為滑動導軌和滾動導軌。 滑動導軌又細分為靜壓滑動導軌、動壓滑動導軌和普通滑動導軌。 導 軌 設 計 靜壓導軌是液體摩擦，導軌副之間有一層壓力油膜，多用于高精度機床進給導軌。 動壓導軌也是液體摩擦，與靜壓導軌的區(qū)別僅在于油膜的形成不同，靜壓導軌靠液壓系統(tǒng)提供壓力油膜；動壓導軌利用滑移速度帶動潤滑油從大間隙處向狹窄處流動，形成動壓油膜；因而 動壓導軌適用于運動速度較高的主運動導軌 。 導 軌 設 計 普通滑動導軌為混合摩擦 ，導軌間有一定動壓效應，但由于速度較低，油楔不能隔開導軌面，導軌面仍處于直接接觸狀態(tài)。機床中大多數(shù)導軌屬于混合摩擦。 滾動導軌 在導軌面間裝有滾動元件（絕大多數(shù)為鋼球），因而是滾動摩擦， 廣泛應用于數(shù)控機床和精密、高精度機床中。 按受力狀態(tài)可分 為開式導軌和閉式導 軌。開式導軌利用部 件質(zhì)量和載荷，使導 軌副在全長上始終保 持接觸；開式導軌不 能承受較大的傾覆力 矩，適用于大型機床的水平導軌。 當傾覆力矩較大時，為保持導軌副始終接觸，需增加輔助導軌副（由壓塊和床身導軌的下底面 a組成），從而形成閉式導軌。 導 軌 設 計 圖327 閉式 導軌簡圖壓塊 壓塊a a導 軌 設 計 導軌應滿足如下要求： 導向精度主要是指導軌副相對運動時的直線度（直線運動導軌）或圓度（圓周運動導軌）。影響導向精度的因素很多，如導軌的幾何精度和接觸精度，導軌的結(jié)構(gòu)形式和裝配精度，導軌和支承件的剛度和熱變形等； 對于動壓導軌和靜壓導軌，還與油膜剛度有關。 導 軌 設 計 2．精度保持性 精度保持性是導軌設計制造的關鍵，也是衡量機床優(yōu)劣的重要指標之一。 影響精度保持性的主要因素是磨損，即導軌的耐磨性。 常見的磨損形式有：磨料（或磨粒）磨損、粘著磨損（或咬焊）和疲勞磨損。 導 軌 設 計 磨料磨損常發(fā)生在邊界摩擦和混合摩擦狀態(tài)，磨粒夾在導軌面間隨之相對運動，形成對導軌表面的“切削”，使導軌面劃傷。 磨料的來源是潤滑油中的雜質(zhì)和切屑微粒。磨料的硬度越高，相對運動速度越高，壓強越大，對導軌副的危害就越大。 磨料磨損是不可避免的，因而減少磨料磨損是導軌保護的重點。 導 軌 設 計 粘著磨損又稱為分子機械磨損。在載荷作用下，實際接觸點上的接觸應力很大，以致產(chǎn)生塑性變形，形成小平面接觸，在沒有油膜的情況下，裸露的金屬材料分子之間的相互吸引和滲透，將使接觸面形成粘結(jié)而發(fā)生咬焊。當存在薄而不勻的油膜時，導軌副相對運動，油膜就會被壓碎破裂，造成新生表面直接接觸，產(chǎn)生咬焊粘著。導軌副的相對運動使摩擦面形成粘結(jié)咬焊、撕脫、再粘著的循環(huán)過程。 導 軌 設 計 粘著磨損與潤滑狀態(tài)有關，干摩擦和半干摩擦狀態(tài)時，極易產(chǎn)生粘著磨損。 機床導軌應避免粘著磨損。 接觸疲勞磨損發(fā)生在滾動導軌中。滾動導軌在反復接觸應力的作用下，材料表層疲勞，產(chǎn)生點蝕。 同樣 接觸疲勞磨損也是不可避免的 ，它是滾動導軌、滾珠絲杠的主要失效形式。 導 軌 設 計 3．剛度 導軌承載后的變形，影響部件之間的相對位置和導向精度。因此要求導軌應具有足夠的剛度。 導軌的變形包括接觸變形、扭轉(zhuǎn)變形以及由于導軌支承件變形而引起的導軌變形。 導軌的變形主要取決于導軌的形狀、尺寸及與支承件的連接方式、受載情況等。 導 軌 設 計 4．低速運動平穩(wěn)性 當進給傳動系統(tǒng)低速轉(zhuǎn)動或間歇微量進給時，應保證導軌運行平穩(wěn)、進給量準確，不產(chǎn)生爬行（時快時慢或時走時停）現(xiàn)象。 低速運動平穩(wěn)性與導軌的材料及結(jié)構(gòu)尺寸、潤滑狀況、動靜摩擦因數(shù)之差、導軌運動的傳動系統(tǒng)剛度有關。 低速運動平穩(wěn)性對高精度機床尤為重要 。 5．結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好。 滑動導軌結(jié)構(gòu)設計 導向是導軌的主要功能， 要使動導軌嚴格按規(guī)定的軌 跡運動，須限定除運動軌跡 外的五個自由度。支承導軌 制造或安裝在床身、立柱、橫梁、搖臂等支承件上，導軌的摩擦面寬度遠小于運動長度，因而導軌可視為窄定位板，只