第1章 概述

1.1 螺栓結(jié)合部對機(jī)床的重要性

機(jī)床是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，由眾多零件相互聯(lián)接組成。由于大量結(jié)合面的存在，使得機(jī)床結(jié)構(gòu)中力的分布不再具有連續(xù)性，導(dǎo)致結(jié)合面往往成為機(jī)床整機(jī)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)。通常結(jié)構(gòu)件的材料阻尼較小，因此結(jié)合面阻尼在機(jī)床中的占比非常大，其中機(jī)床整機(jī)系統(tǒng)的60%以上的剛度取決于結(jié)合面、80%以上的阻尼源于結(jié)合面。由于螺栓聯(lián)接易于拆卸和維修、易于調(diào)節(jié)夾緊力、易于實(shí)現(xiàn)結(jié)合面的裝配與夾緊，螺栓聯(lián)接是機(jī)床中應(yīng)用最為廣泛的固定聯(lián)接之一，其中存在多處結(jié)合部。整機(jī)結(jié)構(gòu)中的螺栓結(jié)合部如圖1-1所示，其中立柱與床身的聯(lián)接部分、主軸與法蘭的聯(lián)接部分、導(dǎo)軌與床身的聯(lián)接部分均為螺栓結(jié)合部。螺栓結(jié)合部是由兩相聯(lián)接件所形成的平面結(jié)合面、螺栓頭與法蘭所形成的螺栓頭結(jié)合面、螺紋結(jié)合面及與這3個(gè)結(jié)合面相耦合的螺栓組成。由于機(jī)床結(jié)構(gòu)中含有大量螺栓結(jié)合部，直接影響著機(jī)床整機(jī)性能。例如，螺栓預(yù)緊力、螺栓規(guī)格、不同排列方式等影響機(jī)床整機(jī)的剛度和阻尼特性，進(jìn)而會(huì)影響機(jī)床的加工精度。

圖1-1 整機(jī)結(jié)構(gòu)中的螺栓結(jié)合部

影響螺栓結(jié)合部的因素眾多，不僅有結(jié)合面的材質(zhì)、尺寸、形狀、表面形貌、熱處理?xiàng)l件、潤滑介質(zhì)、加工方法和載荷條件，還有螺栓結(jié)合部的法蘭厚度、螺栓規(guī)格、螺栓預(yù)緊力大小、螺紋聯(lián)接長度、螺栓間距及排列方式等。由于結(jié)合面特性的非線性，導(dǎo)致螺栓結(jié)合部也具有非線性特性。

隨著科技的發(fā)展，對機(jī)床的速度、精度和自動(dòng)化程度的要求越來越高，螺栓聯(lián)接的應(yīng)用也越來越廣，對相應(yīng)的聯(lián)接結(jié)合面及其系統(tǒng)的性能要求也越來越高。由于螺栓結(jié)合部的非線性特性及其受多種耦合因素的影響，它對機(jī)床設(shè)計(jì)及裝配工藝穩(wěn)定性都有著重要的影響。螺栓結(jié)合部的合理設(shè)計(jì)、加工、裝配能有效地提升高檔數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)、制造、裝配工藝水平及整機(jī)性能。