CW61100B／8米臥式車床對接床身聯接設計計算

郭章信 劉和平 鄭海燕

（安陽鑫盛機床有限公司）

CW61100B系列產品是我公司目前規格最大的產品，加工直徑為1000mm，目前最大加工長度為5m，床身為整體床身。根據市場需求，我們開發了長規格系列產品，將最大工件加工長度拓展到10m。長規格機床在結構上與短機床有所不同，其床身為兩段或多段對接在一起。目前選擇CW61100B／8m進行對接設計，而相近規格6m、10m產品進行組合對接即可，對接床身設計的技術要領及工藝是相同的。

對接床身的設計計算主要考慮在整機吊裝時求出聯接螺栓的受力大小，確保安全，滿足強度要求；機床聯接后滿足剛度要求及精度要求。

一般來說，機床在地基上固定后，經過調整用螺栓和銷子聯接后，比較容易達到精度要求且能較好地保持。因此吊運機床時的安全要求即作為對螺栓進行選擇的主要條件，要準確地求出聯接螺栓的受力，我們必須明確機床在聯接后吊裝時的情況。

我們對機床進行簡化，認為在吊裝時可以把床鞍、尾座移動到合適的位置，使得機床重心位置分布在機床床身的幾何形心線上。即認為：包括主軸處、床鞍刀架、尾座在內的整機質量沿床身長度方向上均勻分布。另外，在吊裝時，考慮天車高度及一般吊裝情況下吊鉤的高度，我們可以確定具體吊裝時的床身受力情況。當吊鉤高度為4m時，吊裝示意如圖1所示。

圖1 機床吊裝圖

整機重量為15t，鋼絲繩受力如圖2所示：

我們取右邊的床身進行受力分析（取左段床身亦可，結果相同）。在整體床身吊起時，床身受力類似簡支梁受重力作用的情形，床身截面上受剪力及彎矩作用，同時截面上也分布著正應力，存在中性層不受力的部位。但當床身為兩截對接時，在接縫處的應力分布就與此完全不同，因為床身不是連續梁，其組織纖維不具備連續梁的力學性能。實際在吊起時，在接縫處，以床身上沿接觸面為支點，兩截床身向兩邊裂開，這樣取右段進行受力分析（圖4）。

根據力學平衡原理，有：

圖3 機床吊起時的變形圖

圖4 右段床身受力分析

根據ΣM（0）＝0得到

另有：P1、P2對螺栓的作用導致螺栓產生的形變成線性關系，即

根據式（1）～（4），可解出Q、 N、 P1、 P2。

當螺柱的布置對稱且直徑相同時，存在

可簡化計算過程。

這里，螺柱1為3個M30，d＝26.211mm；螺柱2為2個M36，d＝31.67mm。 則

代入式（3）可解出，

設計選用12.9級螺栓，其σs＝900MPa，σB＝1200MPa。按設計手冊，靜載荷預緊螺栓聯接安全系數為2.5，則

σ1≤ [σ]，σ2＝≤ [σ]，強度足夠。

剛度計算，

圖5 機床吊裝圖

根據計算結果可知，在吊起機床時，螺栓的變形會影響到機床的精度，最終安裝時必須重新調整機床水平及直線度等。為此可以按如圖5所示方式進行吊裝，4根繩受力，在對接處減少螺栓所受拉力，可以大大改善吊裝對機床精度的影響，減少或避免重新對機床精度調整。

隨著現代制造業的發展，市場對大型、重型及長規格工件的加工設備需求越來越多，機床接長技術將成為各機床廠家必須掌握的技術，作為機床接長技術中重要的一個環節—床身的對接，人們會在實踐中探索出更多的可取的結構及方案，對接方法也會越來越成熟可靠。