精密机械机架设计及典型结构.ppt

1.直线导轨的分类及应用滑动滚动静压（气、液）力封式（开式）自封式（闭式）2.滑动直线导轨设计的主要内容六项基本要求及评价参数结构设计：导轨截面、导轨组合承导件、运动件材料及工艺,上次课程主要内容,23/01,5.滚动导轨设计,（1）滚动导轨的特点在导轨之间放置滚珠、滚柱等滚动体，使导轨运动转变为滚动摩擦。,23/02,圆柱滚子导轨,滚珠直线导轨,物场分析原理：增加或改变中介（场），因此获得设备新功能或性能提升。增加场：滚动体、高压液、高压气,滚动导轨优点：,摩擦系数小，动与静摩擦系数接近；运动灵敏轻便，移动、定位精度高；低速、重载时不易出现“爬行”现象；钢制淬硬导轨耐磨性好，精度保持性好；对温度变化的敏感性较低；高速运动时无动压效应;润滑简单，维修方便。,23/03,滚动导轨缺点：,点接触或线接触，抗振差，接触应力大；导轨表面硬度、精度、滚动体精度要求高结构复杂，制造困难，成本较高对脏物敏感，必须有良好的防护装置,23/04,钢导轨表面点蚀与条状磨损,（2）滚动导轨的结构形式,1）滚珠导轨滚动体为球状，导向面常设计为夹角90度的V形槽，力封式结构。结构相对紧凑，制造容易，成本较低。由于导轨面和滚珠接触面积小，故运动轻便灵活，但刚度低，承载能力差；经常工作部分容易压出沟槽。滚珠导轨用于载荷不大，重心在两条导轨之间，行程较小，灵敏度要求较高的场合。,23/05,2）滚柱导轨,滚柱导轨中的滚柱与导轨面是线接触，因此它的承载能力和刚度都比滚珠导轨大，耐磨性较好，但灵活性相对稍差。关键问题：滚柱对导轨平行度(扭曲)要求高当滚柱轴线与导轨面存在微量不平行，即能引起滚柱偏移和侧滑。后果：导轨阻力增加、磨损加快、精度降低措施：滚柱中段直径比两端大0.02mm左右，形成腰鼓形有利于改善扭曲度。,23/06,（3）滚动体直线导轨材料及工艺,1）导轨材料及工艺工具钢：淬硬钢、GCr15等主要工艺措施：消除内应力表面硬化处理表面及安装面精磨2）滚动体材料及工艺过共析珠光体类钢，如GCr6、GCr9、GCrl5、GCrl5SiMn等主要工艺措施：较长时间髙温扩散退火，消除或降低碳化物液析级别。坯料粗磨清理精磨抛光,23/07,6.3机座与机架设计及典型结构,1.机座与机架的作用及特点（1）机座与机架的作用支承设备整体的基础部件，也是设备中各个部件、总成的安装基础。承受设备自重和各类工作荷载为运动部件提供导向、基准保证各部件之间的相对位置吸收或减轻设备运行中的振动、冲击,23/08,机座与机架结构、工艺差异：,基座：用于重型、高精密、承受大荷载或冲击荷载等设备，具有承载、运动导向等综合功能。采取整体成形工艺或部分成形组装固化工艺，常用铸铁、铸钢制作。机架：用于轻型、小荷载设备，主要用作部件定位、支承；多用各类型材制作，如槽钢、角铁、铝合金型材等；采用焊、铆、螺栓等连接方式。,23/09,（2）基座与支承件的特点,尺寸较大结构相对复杂整体或分离制造,机架类,机座类,23/10,（3）机座（机架）设计基本要求,精度要求保证关键表面的尺寸、形状、位置精度；以及对有相对运动的表面有较高的表面质量要求。例如：机座上的导轨、重要部件安装面等刚度要求设备在额定荷载内运行时，保证系统变形量在允许范围内。(精密机械设计的首选依据)刚度重要评价指标：动刚度K静刚度；阻尼比；阻尼系数；0固有频率,23/11,抗振性要求,承受受迫振动的能力。设备内部和外界都存在不同强度的振源，将引发整体或局部摆动、弯曲、扭转等形式的振动。措施：高静刚度、高阻尼、减重量、隔振措施其他要求抵抗热变形：热变形、相对热变形结构稳定性：构件内应力工艺性：便于制造、维护、储运等经济性：性能价格比,23/12,2.机座、机架典型结构,（1）箱梁板类机座,23/13,（2）立柱类支承构件,为保证立柱刚性和稳定性，多用整体铸造(铸铁或铸钢)。钢板分体焊接存在较大的内应力，通常不用于机床机座。,23/14,（3）组装机座,由于设备承载的复杂性，机座构造一般由若干承载构件组成，组装后固化成一体。,龙门刨机座,落地数控车床机座,立车机座,23/15,机座构造相关结论：,相同横截面积，采用空心截面的构件惯性矩大。可适当加大横截面轮廓尺寸，减小构件壁厚，获得大刚度、小质量构件。圆形空心截面能提高抗弯和抗扭刚度；横截面为不封闭形式时，构件抗扭刚度极差。在机座设计，不论梁或柱、整体或组装，构件皆应采用空心截面；横截面以圆形、矩形等封闭对称形式最佳。,23/16,（4）机架构造及工艺,设备重量轻、整体尺寸小、工作荷载轻时，机座可制成机架形式。由各类型材、薄钢板焊接、铆等工艺连接而成。,重载焊接机架,23/17,铝合金机架：,工作荷载较小的室内办公设备、小型工作机等，常采用美观轻便的铝合金机架。连接工艺：铆接、焊接、螺栓连接,23/18,3.机座筋板的合理布置,23/19,为加强机架空心截面构件刚度，应根据需要设置一定厚度的加强筋，矩形截面典型布筋形式如下图。由构件主要荷载承载方向确定类型及尺寸。,各种筋板的布置形式比较：,如图(a)，(b)和(c)都是方格式纵横筋，其中(c)比(b)的铸造性能好。截面(c)用于中小型、筋板厚度较小的场合，各筋条受力状况好，交叉处金属聚集较少，材料分布均匀，内应力小。,23/20,常用六种斜筋板的布置分析：,(d)、(e)是三角形和菱形筋，刚度较好，铸造工艺相对简单；(f)是六角（蜂窝）形筋，抗弯、抗扭刚度较好，铸件均匀收缩，内应力小，不易断裂，但铸造泥芯多，工艺复杂。(g)、(h)形筋铸造工艺也较复杂，但构件整体刚度很好。,23/21,4.人造花岗岩机座,加工机床、重型冲击荷载设备需要稳定的基础，传统机座材料主要有铸铁、铸钢、钢板。现代机床向超高精、高速方向发展，对基础件性能提出了更高的要求。新型材料：花岗岩复合材料,组合机座,花岗岩安装平台,23/22,用于机座材料的突出优势：,缓冲、消能性能良好无内应力，温度敏感度低，稳定性好；具有绝缘特性，抗电