精密机械机架设计及典型结构

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。
●(g)、(h)形筋铸造工艺也较 复杂，但构件整体刚度很好。
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
花岗岩安装平台
组合机座
花岗岩
用于机座材料的突出优势：机座
上次课程主要内容
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
滚珠直线导轨 5. 滚动导轨设计 （1）滚动导轨的圆特柱点滚子导轨
在导轨之间放置滚珠、滚柱等滚动体，
2.机座、机架典型结构 （1）箱梁板类机座
（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。
落地数控车床机座
（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。
立 车
龙门刨
机
机座
座
机座构造相关结论：
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。
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。
在允许范围内。(精密机械设计K的 首2K选 依 2据K)0 刚度重要评价指标：动刚度
③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
④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
（2）基座与支承件的特点
①尺寸较大 ②结构相对复杂 ③整体或分离制造
机架类
制药 机械
机座类
大型机床
基座
型材
包装 机械
铸铝机座 卧式车床
（3）机座（机架）设计基本要求 ①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
②刚度要求 设备在额定荷载内运行时，保证系统变形量
①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。
②圆形空心截面能提高抗弯和抗扭刚度；
③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。
（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。
●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，抗电磁干扰能力强； ●工艺成熟，具有良好加工工艺性； ●耐酸、碱、盐、氧化等腐蚀，易保养； ●价格便宜，性价比高；
重载焊接机架
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
3.机座筋板的合理布置 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：
使导轨运动转变为滚动摩擦。
物 得场设分备析 新原 功理 能： 或性增加能或提改升变。中介（场），因此获类
滚 珠
增加场：滚动体、高压液、高压气
类滚 柱
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。
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。
§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 ●吸收源自文库减轻设备运行中的振动、冲击
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
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。
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
（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、
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
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。