龙门铣床-毕业设计正文

本科毕业设计第21页共31页PAGE1引言随着人们生活水平不断提高，高档抛磨石板也越来越受人们的欢迎。面对日益增长的市场需求，我国国内新起了一大批中小型石材加工企业，然而这些企业由于受到资金约束，大多采用廉价低端的石材抛磨设备，难以加工出满足市场要求的高档石板，并且生产率低下，工人劳动强度大。针对这一情况，通过查阅资料和实际调研从石板抛磨工艺原理角度分析，对低端石材抛磨设备的纵向进给系统和机床床身进行改进，以降低石材抛磨设备制造成本，提高抛磨石材质量，提高生产效率，减轻工人劳动强度，为新型廉价中高端石板抛磨机的设计做了铺垫。2石板抛磨机总体设计设计出一台大批大量生产的石板抛磨机床，设计内容包括石板抛磨机床总体结构设计、纵向工作台传动设计和机床床身设计计算。机床为立式机床，基础支承件形式为龙门式结构。2.1石板抛磨机主要技术指标设计1、上下料方式：手动或半自动。2、工件规格：根据市场调研，大多数实用石板厚度不超过100mm，故确定工作规格为长×宽×高＝2000×1000×（20—100）mm3、生产率：根据机床实际加工速度和加工路线，初定生产率为1块/4min4、为迎合市场高质量的需求，本石板磨削机床要求能够批量生产高级抛磨石板。5、运行模式根据设计任务书要求该设计机床为单机运行模式。6、驱动类型：通过分析初步确定该设计机床的运动功能有：主轴的回转运动、砂轮的竖直向微量进给运动、砂轮的横向进给运动、横梁的竖直向快速进给运动和工作台的纵向进给运动。根据任务书要求，综合考虑实用性、可靠性、经济性、操作等因素，拟定该设计机床各运动的驱动方式为：主轴回转运动采用普通电机驱动、砂轮的竖直向微量进给运动采用普通机械结构手动调节、砂轮的横向进给运动采用普通电机驱动、工作台的纵向进给运动采用液压驱动、立柱上的快速升降运动采用普通电机驱动。2.2石板抛磨机总体方案设计在明确了主要设计内容及要求的情况下，进而可以大体地对主机总体方案进行论证参照文献关慧贞，冯辛安主编《机械装备设计》第三版第二章金属切削机床设计，总体方案设计包括：1、运动功能设计包括确定机床所需运动个数、形式（直线运动、回转运动）、功能（主运动、进给运动、其它运动）及排列顺序，最后将画出机床运动原理图，运动功能分配。2、基本参数设计包括尺寸参数、运动参数和动力参数设计。3、传动系统设计包括传动方式、传动原理图，及传动系统图设计。4、总体结构布局设计包括总体布局结构形式及总体结构方案图设计。2.21、确定机床所需的运动个数、形式、功能及排列顺序。在前边已经提到，。机床运动个数总共为五个，具体为：机床主轴的回转运动为主运动；砂轮的横向运动和工作台的纵向运动为进给运动；砂轮的升降运动和横梁的快速升降运动为辅助运动。其运动功能式为。2、画机床运动原理图，并进行运动功能分配。YY图2.1机床运动原理图W/YXZC/TCZ设计石板抛磨机机床运动原理图如图2.3-1所示，经过对比，选择其最佳的运动功能式为。其中主运动由砂轮连接的主轴旋转完成，竖直向辅助运动由主轴相对主轴箱上下运动来完成，横向进给动由主轴箱相对横梁的运动来完成，竖直向辅助运动由横梁相对立柱的上下运动来完成。纵向进给运动由工作台相对床身的运动来完成。2.2机床基本参数包括尺寸参数、运动参数和动力参数。1、尺寸参数设计依据以上分析，机床由以下几个模块组成，即工作台、液压缸、床身、立柱、横梁和主轴。被加工工件规定为：长×宽×高＝2000×1000×（20—100）（mm）。根据被加工石材的尺寸，工作台面积必须大于石板的面积，同时考虑到工作台上夹具的安装、加工暂停时砂轮必须在工件侧边，在此适当增加工作台的尺寸，工作台长×宽>2000×1000（mm）。参考JB/10602.1-2006，龙门平面磨床参数选取工作台宽度为1250mm,为保证工作台的刚度，取高度为100mm，对于工作台长度，应综合考虑工件和纵向进给液压缸的安装来确定，最终确定工作台长度为2480mm。工作台面T型槽尺寸：宽度为22mm；间距为160mm，8个槽平均分布，（参考JB/T158-1996）对于床身及纵向导轨，工作台加工过程能够覆盖的长度大约为两倍的工作台长度，即4200mm，考虑到纵向进给为液压驱动，液压杆长应大于两倍的行程，即大于4000mm，而液压杆必须安装在机床床身上，所以在此选择床身和导轨长度由工作台的行程和液压缸的必要零部件及其安装尺寸决定。考虑立柱和辅件的安装，对于床身宽度，在工作台宽度的基础上两侧各加一半的主轴箱宽度。考虑工人的工作舒适性，取工作台到地面的距离800mm到1000mm。为保证立柱和横梁的刚度，横梁和立柱应尽可能地低，在此设计横梁与主轴电机及减速装置齐高，一般电机及其减速装置高度350mm左右，取磨削头高度100mm，再加最大的加工厚度100mm，则横梁顶部到工作台的高度为350+100+100=550mm，横梁顶部到地面的高度为450+600=1150mm。为保证刚度，立柱和横梁截面选定为边长600mm，宽度为300mm2、运动参数设计参照金属切削手册[第三版]，龙门式磨床为平面磨，结合传动方案，选取磨头为杯形砂轮。又因为加工石材面积大，为提高加工效率，选择较大的杯形砂轮，参照标准中国国家标准GB2485-84（表1所示），选取杯形参数为D=250mm对于磨削运动，主轴转速由主运动切削速度决定，并根据以下公式得出：参考孙凤池主编的《机械加工工艺手册第二卷》第十二章第12-56页，大石材一般磨削速度为v=10~15m/s，在此选择10m/s，即v=600m/min。则磨盘转速为n=(1000×600)/（π×250）=764(r/min)。对于进给速度，按孙凤池主编的《机械加工工艺手册第二卷》第十二章非金属切削加工第12-55页表12.2-16桥式磨机主要参数，选取v=5m/min，在磨削过程中横向和纵向进给速度、均取5m/min。磨削深度参考金属切削手册[第三版]9.40页表9-22，对于平面磨为0.02—0.05mm，在此取磨削深度为=0.05mm。切削用量和速度参数列出如下：磨削速度V=10m/s主轴转速n=764r/min横向和纵向进给速度=5m/min磨削深度=0.05mm3、动力参数设计动力参数主要包括机床各驱动电机的功率或转矩和液压驱动中系统压力、流量和液压泵电机功率。动力参数设计主要包括确定主轴电机功率及转矩。为了使石材得到更好的表面质量，在每次磨削行程中磨头采用半边磨削，如图6磨削模型c)中所示。为此，根据文献郭隐彪，工振忠所译，庄司克雄（日）所著《磨削加工技术》中等五章磨削力，建立图6所示磨削模型。其中和分别为压轴力的纵向和横向分力，用于纵向进给的功率估算，用于横向进给的功率估算。磨削过程中将产生周向磨削力用以估算主轴输入功率（图中未标出）。压轴力和周向磨削力计算公式如下：vnnFFxFy切削区非切削区△图2.2磨削模型a)b)c)bnβ式中参数V为进给速度，V==5m/min；参数为切削深度，==0.05mm；参数b为切削宽度，因为每次磨削行程中磨头采用半边磨削所以b=D/2=12.5mm，而且夹角β=45°；参数v为磨削速度，v=10m/s；参数2α为砂轮磨粒切削刃的前端顶角，是与砂轮牌号有关的参数，参照文献郭隐彪，工振忠所译，庄司克雄（日）所著《磨削加工技术》图5-4，选用砂轮牌号GC，得花岗岩=20；参数μ为砂轮磨削材料与石材的摩擦因素，查李大成主编《机械设计手册》第四版第一卷表1-1-7常用材料的摩擦因素，选择vnnFFxFy切削区非切削区△图2.2磨削模型a)b)c)bnβ表1.1各种材料的值工件材料花岗岩硅纯铁铸铁（kgf/mm）4300550028004900代入各参数算得=606N，=207N。==cos45°=430N。由此得：主轴负载转矩T=D/2=25.75N·m；主轴输入功率=v=207×10=2.07KW；纵向进给机构，工作台输入功率=V=430×5÷60=0.035KW；同样横向进给输入功率=V=430×5÷60=0.035KW。以上为稳定工作时所需要的功率，并不能用于源动机的选择，源动机的选择应结合传动件的效率以及各种工作状态来计算源动机应保证的最大功率，以及应保证的最大转矩，以此为参考确定机床功率以及选择源动机参数。在所设计机床中动力部分包括电机驱动的主动系统，横向进给运动系统，竖直方向运动系统，和液压驱动的纵向进给系统，由于设计务为纵向进给运动系统，所以在以下章节给出纵向进给运动的动力参数。2.2机床传动系统设计主要包括：主传动系统设计与主轴微量手动调整系统设计、砂轮横向进给传动系统设计、工作台纵向传动系统设计和横梁的快速升降传动系统设计。1、主传动系统设计由前面分析可知该石板抛磨机磨头转速很低，运动形式简单，速度稳定，而一般电机转速均可满足要求，故可选择传统的机械传动方案来实现主轴运动要求，其传动原理图如图2.3-1所示。2、磨头横向传动系统设计磨头横向进给运动由液压驱动，为无级变速传动。因为行程太大，故采用双杆活塞缸，其中缸筒与主轴箱固连，活塞杆通过螺母副与立柱上的快速移动机构相连，即主轴箱通过液压缸在活塞杆上移动，实现磨头的横向进给运动。3、工作台纵向传动系统设计工作台纵向传动由液压驱动，采用无级变速调速方案，同样因为行程太长，而选择采用双杆活塞缸，其中活塞杆与床身固连，缸筒与工作台固连，并带动工作台在活塞杆上作纵向进给运动。4、立柱上的快速升降传动系统设计立柱上的快速升降运动为辅助运动，本设计采用普通机械传动方案，因为要保证横梁在两立柱上同时移动，故采用由一个电机驱动，通过一组对称传动方案带动立柱上两根丝杠做同步转动。2.3总体结构布局设计石板抛磨机床为龙门式结构，床身为基础支撑件，两个立柱对称安装在床身两边，立柱底端由床身通过螺栓连接，顶端由顶梁固定连接，这样，床身、立柱、顶梁形成一个矩形空间，为保证两立柱安装后的平行度，立柱在顶梁上的定位应有调整垫片。横梁安装在两立柱上，主轴箱安装于横梁上。横梁在立柱上的布局有两种方式，一种是横梁安装于两立柱侧边，如图2.1所示，一种是横梁安装于两立柱之间，如图2.2所示。对比两种安装方式，若以前一种方式安装，则主轴箱在横梁上的安装也应是在横梁同一侧的侧边，主轴箱对横梁有一个倾覆力矩，同时，立柱也受到主轴箱和横梁两者叠加的倾覆力矩，对机床的刚度不利。若以后一种方式安装，横梁可由两条型钢组成，主轴箱安装于两条型钢中间，通过安装在型钢上的导轨导向，此时，主轴箱对横梁的作用力为对称的压力，无倾覆力矩，同时，主轴箱和横梁对立柱的压力与立柱轴线重合，也不会产生弯矩，这样的结构布置对机床的整体刚度有利。通过以上分析，最终确定按横梁安装于两立柱之间的方式安装，横梁由两端的支撑块加两条与导轨一体的型钢焊接而成。图2.1横梁布局1图2.1横梁布局1图2.2横梁布局2图2.2横梁布局22.4石板抛磨机总体图的绘制石板抛磨机总体图见图SBPMJ-00。3石板抛磨机纵向进给传动系统设计确定石板抛磨机床纵向工作台各零部件装配关系以及各零部件的具体尺寸，并绘制石板抛磨机纵向工作台装配图。具体设计内容包括、导轨设计、液压缸设计。3.1导轨设计按动学原理，所谓导轨就是将运动约束到只有一个自由度的装置。这一个自由度可以是直线运动或者是回转运动，导轨装置的精度、承载能力和使用寿命都将直接影响机械工件质量。3.1.1导轨类型及其特点导轨按结构形式可以分为开式导轨和闭式导轨。开式导轨是指在部件自重和外载作用下运动导轨和支承导轨的工作面始终保持接触、贴合。其特点是结构简单，但不能承受较大的颠覆力矩作用。闭式导轨借助于压板使导轨能承受较大的颠覆力矩作用，适用于轻型有且有较大颠覆力矩的传动系统。在此设计的龙门式石板磨削机，为重型机床，且工作台和工件的质量都较大，颠覆力矩相对工作台和工件的质量来说很小，所以在纵向工作台的导轨选择为开式导轨。导轨副按导轨面的摩擦性质分，可分为滑动导轨副和滚动导轨副，滑动导轨副相对滚动导轨稳定性好，刚度大；滚动导轨副相对滑动导轨副来说摩擦因素小，且静动摩擦因素比值小，所以不易产生爬行现象，但是刚度和稳定性不如滑动导轨副。而在此设计的龙门式石板磨削机，为重型机床，且工作台和工件的质量都较大，纵向进给为低速进给，所以在此选择导轨副类型为滑动导轨副。3.1.2导轨应满足的要求导轨应满足如下要求：精度高、承载能力大、刚度好、摩擦阻力小、运动平稳、精度保持性好、寿命长等。1、导向精度高。导向精度是导轨副在空载荷或切削条件下运动时，实际运动轨迹与给定运动轨迹之间的符合程度。影响导向精度的因素有很多，如导轨的几何精度和接触精度、导轨的结构形式、导轨和支撑件的刚度、导轨的油膜厚度和油膜刚度、导轨和支撑件的热变形等。直线运动导轨的几何精度一般包括：导轨在竖直平面内的直线度；导轨在水平面内的直线度；导轨面之间的平行度。具体要求可参阅国家有关机床精度检验标准。接触精度指导轨副间摩擦面实际接触面积占理论接触面积的百分比，或用着色法检查25mm×25mm面积内的接触点数。不同加工方法所生成导轨的表面，检查标准是不同的。2、承载能力大、刚度好。根据导轨承受载荷的性质、方向和大小，合理地选择导轨的截面形状和尺寸，是导轨具有足够的刚度，保证机床的加工精度。3、精度保持性好。精度保持性主要是由导轨的耐磨性决定的，常见的磨损形式有磨料磨损、粘着磨损或咬焊、接触疲劳磨损等。影响耐磨性的因素有导轨材料、载荷状况、摩擦性质、工艺方法、润滑和防护条件等。4、低速运动平稳。当动导轨低速运动或微量进给时，应保证运动始终平稳，不出现爬行现象。影响低速运动平稳性的因素有导轨的结构形式，润滑情况，导轨摩擦面的静、动摩擦因数差值，以及传动导轨运动的传动系刚度。5、结构简单、工艺性好。3.1.3滑动导轨选择滑动导轨类型和特点如下表。龙门式磨床结构类似龙门工铣床，且由于床身为焊接床身，导轨不易与床身做成整体，所以参照下表选择镶钢导轨。导轨安装总长为5000mm，螺钉排布参照现有产品，每个导轨两排螺钉，相临两螺钉距离为200mm。具体设计参见图SBPMJ-0-0.表3.1导轨的类型，特点及应用导轨类型主要特点应用普通滑动导轨（滑动导轨）结构简单，使用维修方便未完全形成液体摩擦时，低速易爬行磨损大、寿命低、运动精度不稳定普通机械、冶金设备上应用普遍塑料导轨（贴塑导轨）动导轨表面贴塑料软带等与铸铁或钢导轨搭配，摩擦系数小，且动、静摩擦系数相近。不易爬行，且抗磨损性能好贴塑工艺简单刚度较低、耐热性差，容易里蠕变主要应用于中、大型机床压强不大的导轨，应用日趋广泛镶钢、镶金属导轨在支承导轨上镶有一定硬度的钢板或钢带，提高导轨的耐磨性（比灰铸铁高5~10倍），改善摩擦或满足焊接床身的需要在动导轨上镶有青铜之类的金属防止咬合磨损，提高耐磨性、运动平稳、精度高镶钢导轨工艺复杂，成本高。常用于重型机床，如立车、龙门铣床和导轨上滚动导轨动作灵敏度高、低速运动平稳性好，定位精度高精度保持性好，磨损小、寿命长刚性和抗振性差，结构复杂成本高，要求良好的防护广泛用于各类精密机床、数控机床、纺织机床等动压导轨速度高（90m/min~600m/min），形成形成液体摩擦阻尼大、抗振性好结构简单，不需要复杂供油系统，使用维护方便油膜厚度随载荷与速度而变化，影响加工精度，低速重载易出现导轨面接触主要用于速度高、精度要求一般的机床主运动导轨静压导轨摩擦系数很小，驱动力小低速运动平衡性好承载能力大，刚性、吸振性好需要一套液压装置，结构复杂、调整困难各种大型、重型机床、精密机床、数控机床的工作台3.2液压缸设计通过对纵向进给系统部件的各个工作状态进行受力分析，得出纵向进给所需要的运动和动力参数，为后续的设计提供必要数据。3.2.1导轨被支撑件总重力估算工件（石板）尺寸：工件（石板）最大质量：工件（石板）重力：工件台估算尺寸:工件台估算质量： 工作台重力：则工件及工作台作用于导轨上的总重力为：总质量为：m3.2.2对工作台及工件受力分析如图所示工作台及工件受力分析图，图中平衡式为式中：N—导轨对工作台的支撑力G—工作台及工件重力—导轨对工作台的摩擦力 —导轨与导轨块的摩擦因素，查朱龙根主编《简明机械零件设计手册》，第6页表1-12润滑表面摩擦因数，钢与铸铁配合，动静摩擦因数为0.05~0.15，在此取—磨削负载—加速度a下的惯性力 —工件及工作台的总质量 —工件及工作台的加速度—液压缸对工作台的驱动力其中：NNG图3.1纵向工作台受力分析图对于加速度a，由工作状态决定，由以上参数可以求出液压缸各工作状态驱动力，从而求出各工作状态的液压缸功率。为求纵向进给最大功率，考虑以下几种工作状态：1、间歇进给启动过程中式中：为磨头进给速度，；为从启动开始到稳定速度的时间，取则加速度则惯性力前边已求得：；则将数据代入平衡方程，得：假定在达到最大速度的前一刻，加速度不减，则最大驱动功率2、快退时加速过程式中：为工作台的最大快退速度，参考现有机床，取； 为快退时加速到稳定速度的时间，取则加速度则惯性力快退时无磨削力作用，则则此状态最大速度为，则最大驱动功率对以上两状态比较得出：最大牵引力：最大牵引功率：3.2.3液压缸设计1、液压缸类型根据工作台运动形式和结构要求，选定液压缸为等速行程的双活塞缸，其中活塞杆与机座固定缸筒与工作台固连运动。2、液压缸行程参考成大先主编《机械设计手册》第4卷第四版17～25页表17-6-2，活塞行程系列（GB/T2349-1980），由于被加工石材长2000mm，刀具直径220mm，则行程必须大于2220mm，选择活塞行程2300mm3、液压缸动力参数液压缸需保证最大牵引力，最大牵引功率。最大行进速度。液压缸总阻力为式中为密封装置摩擦阻力，参考张磊主编《实用液压技术300题》第二版，第137页，对于0型号密封圈。为回油背压力，参考上述文献138页，经验公式。则液压缸总阻力参考上述文献第139页表4-4各类液压设备常用的工作压力与表4-5液压缸牵引力与工作压力之间的关系，选择液压缸工作压力。4、液压缸受力模型缸筒内径即活塞外径，是液压缸的主要参数，可根据工作驱动力或运动速度的要求确定。如图所示双杆液压缸的受力模型，解出式中F-液压缸的推力,(N)P-工作压力,(Mpa)A-活塞的作用面积,()D-液压缸内经（mm）F-液压缸推力（N）P-选定的工作压力（MPa）d-活塞杆直径情况下，由于杆中间空心通油，取，代入，。得查上述文献140页，液压缸内径系列如下表选择D=100mm。表3.2液压缸活塞杆外径尺寸系列摘自GB/T2348-1993456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250则液压杆直径查上述文献140页6活塞杆直径系列如下表，选择。表3.3液压杆内径尺寸系列摘自GB/T2348-1993810121620253240566380（90）100（110）125（140）160（180）200（220）250（280）320（360）400（450）500参考上述文献及纺织工学院，哈尔滨工业大学，天津大学主编的《机床设计图册》160页，M1432A，选用0型密封形式。5、缸筒设计计算缸筒通常根据与端盖的连接形式选用，而连接形式又取决于额定工作压力、用途和使用环境等因素。根据手册1表17-6-6选取法兰连接，优点：结构较简单；易加工、易装卸。缺点：重量比螺纹连接的大，外径较大。（1）缸筒材料参照成大先主编《机械设计手册》第4版第4卷，缸筒材料选用45调制处理45号钢表3.4材料性能型号≥／MPa≥／MPa≥／%4561032017（2）缸筒壁厚及外径由于本液压机的压力不是太大，故可按薄壁筒计算，由前已知，缸筒内径式中-缸筒材料要求的最小值 -缸筒外径公差余量 -腐蚀余量对于低压系统或当时，液压缸缸筒壁厚一般按薄壁筒计算。其中缸筒材料许用力：式中-缸筒内最高压力,（MPa）；D-液压缸内径，（m）；-缸筒材料抗拉强度，（MPa）；n-安全系数，通常取为5代入数值：则缸筒厚度依照上述文献可取通过圆整，取则缸体外径，据国家标准查得缸筒外径194mm。（3）缸筒壁厚验算缸筒材料为45号钢调质理，应用第四强度理论进行计算式中-许用应力；-材料屈服点；-安全系数；为2～2.5。材料45号钢，=320MPa,=2。所以缸筒强度满足要求。6、缸体与缸盖的连接形式缸体端部与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。主要连接形式有法兰连接、螺纹连接、半环连接。a法兰连接优点：(1)结构简单、成本低(2)容易加工、便于装拆(3)强度较大、能承受高压缺点：(1)径向尺寸较大(2)重量比螺纹连接的大(3)用钢管焊上法兰、工艺过程复杂些b螺纹连接优点：(1)外形尺寸小(2)重量较轻缺点：(1)端部结构复杂、工艺要求较高(2)装拆时需用专用工具(3)拧端盖时易损坏密封圈c半环连接优点：(1)结构较简单(2)加工装配方便缺点：(1)外形尺寸大(2)缸筒开槽，削弱了强度，需增加缸筒厚度比较各连接形式，本设计中选取法兰连接的形式。7活塞杆与活塞的连续结构活塞杆与活塞的连接结构有几种常用的形式，分整体式结构和组合式结构。组合式结构又分螺纹连接、半环连接和锥销连接。a整体式结构：结构简单，适用于缸径较小的液压缸b螺纹连接：结构简单，在振动的工作条件下容易松动，必须用锁紧装置。应用较多，如组合机床与工程机械上的液压缸。c半环连接：结构简单，装拆方便，不易松动，但会出现轴向间隙。多应用在压力高、负荷大、有振动的场合d锥销连接：结构可靠，用锥销连接销孔必须配铰，销钉连接后必须锁紧，多用于负荷较小的场合。设计的磨床工作压力为3MPa是组合机床用的液压缸，根据螺纹连接多用于组合机床的叙述，选用螺纹连接的活塞杆与活塞的连接结构。3.3导轨校核导轨的压强是影响导轨耐磨性和接触变形的主要因素之一。设计导轨时将压强取得过大，则会加剧导轨导轨磨损；若取得过小，又会增大尺寸。因此，应根据具情况，适当的选择压强的许用值，。重型机床和精密机床压强可按表9.3-20选取。专用机床许用压强比表中数值减少25%~30%。表3.5导轨类型导轨种类平均压强（MP）最大压强(MP)直线运动导轨主运动导轨和滑动较大的进给运动导轨中型机床0.4~0.50.8~1.0重型机床0.2~0.30.4~0.6滑动速度低的进给运动导轨中型机床1.2~1.52.5~3.0重型机床0.51.0~1.5磨床0.025~0.040.05~0.08主运动和滑动速度较大的进给运动的圆导轨（D为导轨直径）D<3000.4D>3000.2~0.3环状0.15依据设计的龙门式磨削机床纵向导轨为滑动速度低的进给运动导轨，许用压强选择为。图3.2导轨示意图Fx导轨副长度2480mmFy如图所示纵向导轨工作示意图，加工过程中，由于端面对工件的竖直压力很小，而工作台与工件总质量很大，在此可视作导轨均匀受力，工作台与工件近似对称分布，则不考虑。纵向导轨副可简化为如图所示：力学模型图3.2导轨示意图F导轨副长度2480mmF单考虑G作用时FxFF2FFGG图3.3导轨受力简图图3.3导轨受力简图F此时矩形导轨受压强为P对于V型导轨副，建立如图所示模型GG图3.4V形导轨受力分析F则对V型导轨所受压强P加工过程中横向进给时，对导轨有一个侧向的压力，此侧向压力FXF则导轨副因而受到的压强为所以导轨爱到最在平均压强为则压强在许用值之内，符合设计要求。4石板抛磨机床身设计由机械设计手册编委会编《机械设计手册》新版第2卷第九篇，在机器（或仪器）中支承或容纳零部件的零件称之为机架。故机架是底座、床身、车架、桥架（起重机）、壳体、箱体以及基础平台等零件的统称。机架分类如下：按结构形状分类，有梁（柱）式机架（如大多数金属切削机床的床身、主柱及横梁等）、框架式机架（如轧钢机机架、锻压机机身、桥式起重机桥架、汽车车架等）、平板式机架（如水压机基础平台、机器的底座、金属切削机床的工作台等）、箱壳式机架（如齿轮传动箱箱体、泵体及机械的机身等）；按制造方法和机架材料分类，有金属机架和非金属机架，金属机架包括铸机架两类，非金属机架包括塑料机架、花岗石机架、混凝土机架等。由以上分类，本次设计龙门式磨床床身在结构形状上为梁式机架，在制造方法和材料上可用金属铸机架或金属焊接机架，对于非金属材料，必要时候也可以考虑。机架的设计主要应保证刚度、强度及稳定性。评定大多数机架工作能力的主要准则是刚度，机床中床身的刚度决定着机床生产率和产品精度；强度是评定重载机架工作性能的基本准则机架的强度应根据机器在运转过程中可能发生最大载荷或安全装置所能传递的最大载荷来校核其静强度。此外还要校核其疲劳强度。机架受压结构及受压弯结构都存在失稳问题。有些构件制成薄壁腹式也存在局部失稳。稳定性是保证机架正常工作的基本条件，必须加以校核。机架设计的一般要求为：1）在满足强度和刚度要求的前提下，机架的重量应要求轻、成本低。2）抗振性好，把受迫振动幅度限制在允许的范围之内。3）噪声小。4）温度场分布合理，热变形对精度的影响小。5）结构设计合理，工艺性良好，便于铸造、焊接和机械加工。6）结构力求便于安装与调整，方便修理和更换零部件。7）有导轨的机架要求导轨面受力合理、耐磨性良好。8）造型好。使之既适用。4.1床身设计根据以上要求，床身结构在焊接和铸造之间选择，下表对焊接床身和铸造床身进行综合比较。表4.1铸造床身与焊接床身性能对比项目铸造床身焊接床身机架重量较重钢板焊接毛坯比铸件毛坯轻30%，比铸钢毛坯轻20%强度、刚度及抗振性铸铁机架的强度与刚度较低，但内摩擦大，阻尼作用大，故抗振性能好强度高、刚度大，对同一结构的强度为铸铁的2.5倍，钢的疲劳强度为铸造的3倍。但抗振性能较差材料价格铸铁材料来源方便、价廉价格高生产周期生产周期长，资金周转慢，成本高生产周期短、能使适应市场竞争的需要设计条件由于技术上的限制，铸件壁厚不能相差过大。而为了取出芯砂、设计时只能用"开口”式结构，影响刚度结构设计灵活、壁厚可以相差很大，并且可根据工况需要不同部位选用不同性能的材料用途大批量生产的中小型机架1．单件小批生产的大、中型机架2．特大型机架，如大型水压机横梁，底座及立柱，大的轧钢机机架和颚式破碎机机架等，可采用小拼大的电渣焊经综合比较，龙门式磨削机床选择焊接机架，主体由四块钢板组成，加上横纵向的竖直钢板肋加固，对于两条支撑导轨的钢板，再加上斜向肋加固，其截面形状如下图。具体设计参见图纸SBOPMJ-0-0。图4.1床身截面设计图4.1床身截面设计床身是由板料是通过焊接连接形成一个整体的。焊接的过程应注意以下几点：1.焊接前必须将缺陷彻底清除，坡口面应修的平整圆滑，不得有尖角存在。2.在条件允许的情况下，尽可能在水平位置施焊。焊缝位置应便于操作。3.节省原料，减少焊接工作量。4.不要让热影响区相距太近，焊接件的设计应具有对称性，焊缝布置于焊接顺序也应对称。5.不同厚度工件焊接时接头应平滑过渡。6.当根部间隙过大，且需从一面进行焊接时，应用垫板。垫板常在该处保持到焊后变成接头总体一部分。垫板材料应与母板材料一致。7.为焊接U型坡口，在一定条件下，得应用刨削预加工前的装配和定位。4.2床身校核图4.2床身截面尺寸关系图图4.2床身截面尺寸关系图参考文献李欣业，梁建术，郝淑英主编，材料力学，床身的支撑形式近似简支梁支撑，故在此建立简支梁模型，对机床床身进行强度和刚度校核。1、求床身截面形心如图所示床身截面图，截面左右成近似对称分布，左右每边由图示九块矩形构成。参考文献李欣业，梁建术，郝淑英主编，材料力学，第五章，求形心的方法。建立如图所示Y-Z坐标系，在此不关心Y向形心坐标，所以对各矩形块面积和Z向形心坐标列出如下（为方便计算，对于矩形块8和矩形块9，分割成左右对称的两块）：矩形1：，矩形2：，矩形3：，矩形4：，矩形5：，矩形6：，矩形7：，矩形8：，矩形9：，则由以上数据可得整个截面图形的形心坐标为：2、求床身截面对形心惯性矩根据上述文献，已知Y向长为b，Z向高为h的矩形，其对Z向形心的惯性矩为：利用平行移轴公式，假设床身截面中的一块矩形Z向形心轴与床身截面总体的Z向形心轴距离为a，面积为A则这一块矩形对床身截面总体的Z向形心轴的惯性矩为：故，只要求出每一块矩形对Z向形心轴的惯性矩，然后各块求和相加即得床身截面对Z向形心的惯性矩。由于床身截面为对称结构，可利用求床身形心时的单边数据进行计算出单边惯性矩，然后乘以2即为总惯性矩。对于编号为4和7的斜矩形块，Y向长b为Y方向的厚度，Z向高h为Z向实际的高度。利用MicrosoftExcel工具，利用以上求床身形心时的单边数据进行计算得到表格所示数据得到单边总惯性矩：则床身截面总惯性矩为在之前已经得到，下底面距形心距离为326mm，则上顶面距形心的距离为y=665-326=339mm，上顶面更远离形心，则抗弯强度危险点在上顶面。则抗弯截面系数表4.2床身截面总惯性计算矩形块（mm）(mm)()(mm)()112025156250-313.5295003000248020320000-291813257600340600720000000-1720024000426600468000000-14680156205120406400003094589488006150201000002892506630007263058500201299995524813030292500893118440091035537282396-10475679195单边总惯性矩34127711403、简支梁力学模型建立图4.3床身示意图图4.3床身示意图已知床身长为5006mm，由对称分布的四对垫铁支撑，为简便计算，根据床身受力情况，在此以靠中间两对垫铁中点作为简化支撑点，此简化校核偏于安全。在力学分析中，忽略中间径向肋板的重力影响，则床身所简化怕简支梁两种力的作用下弯曲变形，一是床身自重产生的均布力，二是工作台与工件重力作用于床身导轨上产生的