第1章 概述

1.1 螺栓結合部對機床的重要性

機床是一個復雜的機械結構系統，由眾多零件相互聯接組成。由于大量結合面的存在，使得機床結構中力的分布不再具有連續性，導致結合面往往成為機床整機結構系統中的薄弱環節。通常結構件的材料阻尼較小，因此結合面阻尼在機床中的占比非常大，其中機床整機系統的60%以上的剛度取決于結合面、80%以上的阻尼源于結合面。由于螺栓聯接易于拆卸和維修、易于調節夾緊力、易于實現結合面的裝配與夾緊，螺栓聯接是機床中應用最為廣泛的固定聯接之一，其中存在多處結合部。整機結構中的螺栓結合部如圖1-1所示，其中立柱與床身的聯接部分、主軸與法蘭的聯接部分、導軌與床身的聯接部分均為螺栓結合部。螺栓結合部是由兩相聯接件所形成的平面結合面、螺栓頭與法蘭所形成的螺栓頭結合面、螺紋結合面及與這3個結合面相耦合的螺栓組成。由于機床結構中含有大量螺栓結合部，直接影響著機床整機性能。例如，螺栓預緊力、螺栓規格、不同排列方式等影響機床整機的剛度和阻尼特性，進而會影響機床的加工精度。

圖1-1 整機結構中的螺栓結合部

影響螺栓結合部的因素眾多，不僅有結合面的材質、尺寸、形狀、表面形貌、熱處理條件、潤滑介質、加工方法和載荷條件，還有螺栓結合部的法蘭厚度、螺栓規格、螺栓預緊力大小、螺紋聯接長度、螺栓間距及排列方式等。由于結合面特性的非線性，導致螺栓結合部也具有非線性特性。

隨著科技的發展，對機床的速度、精度和自動化程度的要求越來越高，螺栓聯接的應用也越來越廣，對相應的聯接結合面及其系統的性能要求也越來越高。由于螺栓結合部的非線性特性及其受多種耦合因素的影響，它對機床設計及裝配工藝穩定性都有著重要的影響。螺栓結合部的合理設計、加工、裝配能有效地提升高檔數控機床的設計、制造、裝配工藝水平及整機性能。