6、 冲击或振动干扰力（外加激振力）。 7、 热应力。 5.2.2床身结构工艺性特征

根据任务书要求，此加工中心是小型机床，再考虑到市场适应性，首先把复合结构排出。同时，任务书中指出，加工中心的定位精度为0.003mm，通过考查，属于较高精度机床，固然焊接结构符合精密、高精度的要求，但是在实际的生产中，我国的钢板与型钢加工质量尚不易达到要求，很难完成产品的精密与高精密的要求，出于成本的考虑，选择铸造结构既能满足加工要求，同样经济实惠。

表7 机床大件的结构工艺性特征 结构工艺类别 铸造结构 材料 灰铸铁 生产方法 周期 生产规模 铸造工艺 焊接工艺 长 短 长 大、中批量 单件、小批 单件、小批 经济性原则 市场适应性 产品类型 产品精度 中、小型 普通、精密 大、中型 精密、高精度 大、中型 高精度 一般 好 不好 焊接结构 钢板与型钢 金属与金属 金属与非金属 钢、铁与混凝土、环氧树脂混凝土、花岗岩 复合结构 钢与铸铁 综合工艺 5.3床身设计的基本方法

根据任务书要求，需要对床身进行受力分析，决定用有限元法设计床身。有限元法，根据固体力学中的能量原理，借助计算机对各种结构和有关场的问题进行近似地分析、计算。在现在工程设计计算中，被公认为是一种十分有效的数值计算方法。适用于空间板系或板梁等组合结构的动态性能的分析、计算。特别适用于大型、精密、高精度机床大件的设计。

5.4加工中心床身的结构材料

铸造结构用的原材料来源广泛，生产成本低，铸造工艺灵活性大。因此，铸造在机器制造业中应用及其广泛，各种类型的现代机器设备中铸件所占的比重很大。机床中，铸件占机器总重量的70%~80%。加工中心立柱结构较简单、刚度大、精度和稳定性要求高。现在我国的铸造工艺可以满足这些要求，而且成本低，对加工中心横梁的结构材料选用铸造结构。 5.4.1铸造结构用灰铸铁铸件

灰铸铁流动性好、体收缩和线收缩小。综合力学性能低，抗压强度比抗拉强度高约3~4倍。吸振性好。弹性模量较低。利用灰铸铁作为铸造结构时，形状可以复杂，结构允许不对称。有箱体形、筒形等。 5.4.2灰铸铁牌号选择 作为加工中心床身的材料，其用途应当满足壁厚的要求，一般加工中心床身的壁厚较大，因此选用HT250。 5.4.3灰铸铁铸造要求

由于加工中心床身形体较大，而且铸造精度要求高，选用实型铸造。用泡沫聚苯乙烯塑料模，局部或全部代替木模或金属模造型，在浇注时烧失。可节约木材、简化工序，但烟尘有害气体较大，可以采用抽风系统排废气。

5.5龙门加工中心床身长度、截面形状和壁厚的设计

5.5.1床身长度的确定

13

根据任务书中的条件，工作台尺寸为1.2m*1.6m，考虑到两侧立柱0.5米的宽度、立柱与工作台之间的距离，初步定工作台的长度为2.6m。 5.5.2床身截面形状及其截面宽H与高B的确定 1.床身截面形状的确定 由于要设计的床身与立柱相连，出不设定为U字形截面。 2.床身截面宽H与高B的确定

确定断面尺寸中以截面的长度l的影响最为显著。因为结构刚度与截面高度的三次方成正比。龙门加工中心床身截面长宽比L/B的推荐值见表4。取2.5。

表8 龙门加工中心床身截面长 宽比（L/B）推荐值 部件名称 截面长宽比（L/B） 床身 1.3~2.2 适用机床 龙门加工中心 由于设计静梁加工中心，床身应尽量稳定，并且弯曲变形要小，那么截面长宽比应取较小的值。测量类似机床后，初步设定床身截面宽H=2100mm，高B=1320mm。 5.5.3床身壁厚的确定

龙门加工中心床身壁厚的确定，首先要根据其截面惯性矩的要求，除了考虑结构的截面形状和板壁空等影响外，还要考虑结构工艺要求。由于此加工中心床身是铸造结构，于是需要相应的壁厚确定。

1.壁厚设计应注意以下几点

（1）最小壁厚问题：一般情况下，最小壁厚不要少于3mm。箱形构件，有效宽度（外径D对壁厚δ之比）也不宜大于80~100。

（2）壁厚宜均匀：特别对于薄壁封闭结构，均匀的壁厚有助于应力分布的均匀化。均匀的壁厚对工艺上也有诸多的优越性。 2.铸造结构壁厚的确定 铸铁的弹性模量是不稳定的，加工中心床身的壁厚，应根据铸造工艺要求，尽可能选择薄一点。合理的横梁壁厚，能保证其力学性能和防止产生浇不足、冷隔等缺陷。横梁的最小壁厚通过表5选15~20mm。但是由于铸造方式为实型铸造，而且逐渐尺寸远大于500mm*500mm，所以可以把壁厚增加一些，在不影响弹性模量的情况下，使加工中心横梁更加稳定，则确定壁厚为30mm。

表9 铸件最小允许壁厚 铸型种类 砂型 铸件尺寸mm 200*200以下 200*200~500*500 500*500以上 灰铸铁最小允许壁厚mm 5~6 6~10 15~20 5.6加工中心床身加强肋设计

为了提高横梁的强度、刚度和减轻床身的质量，在其壁内侧设肋可以减小其截面畸变，在大面积的薄壁上部肋可缩小局部变形和防止薄壁振动和降低噪声。 金属切削机床床身通常采用矩形，其内壁肋板使用井字肋，米形肋。壁上的纵向肋有助于提高横梁的抗弯刚度，横向肋提高了抗扭刚度，并防止截面畸变。纵、横肋共同组织各段壁板振动。

14

第六章 加工中心基础件静力学分析

基础件机床的重要组成部分，床身和工作台上是加工中心上重要的基础件，他们的静态受力变形直接影响机床整体的加工范围及精度。

6.1工作台的静力学分析

这里我们用两个结构不同的工作台的静态分析为例来比较那种工作台的结构比较好。 6.1.1工作台一的静力学分析

第一个工作台我们用1.2mX1.6m的铸铁工作台如图6-1所示。

图6-1工作台平面图

工作台的材料为铸铁件，查手册我们选取工作台的弹性模量为1.3e11,泊松比为0.3，密度为7200.将工作台导入ANSYS做静态分析。先生成工作台的有限元网格模型。如图6-2所示。

15

图6-2工作台有限元模型

输入工作台的弹性模量，泊松比以及密度。在工作台下四个小平面施加约束力。约束全部自由度。工作台上施加工作台的加工范围所能承受力为30000N施加在工作台上一个小平面内，在Y轴施加重力加速度。然后开始分析。分析完后读出总变形云图如图6-3所示和总应力云图如图6-4所示。

图6-3工作台静态分析总变形云图

16