高 焕

（四川建筑职业技术学院，德阳 618000）

0 引言

金属切削机床基础是埋在地下的构筑物，其任务就是保证基础的内力与变形能够满足机床正常工作使用。 机床基础内力与变形的计算属结构力学超静定问题，在计算之前，必须先要选择基础材料，假定基础厚度，才能进行计算。 其计算结果，如果能够满足机床的使用要求，才可以进行基础的断面设计，绘制基础施工详图，完成设计工作。如果，计算结果不能满足强度和变形要求，则要重新假定基础厚度，再次进行计算，以加长设计时间。

机床基础厚度的假定问题，前苏联《动力机械基础设计技术规范》（CH18-58）中提供的公式，经过使用证明，与实际需要，相差较大。 我国《动力机器基础设计规范》（GBJ40-79）与（GB 50040-96）中提供的厚度公式，使用方便，且，计算结果与需要较为接近、。 但是，由于该规范中的公式，只和基础类型与机床外形长度有关，在使用中有一定的局限性。本文在现行设计规范实测资料数据的基础上，根据温克尔假定，重新推导出各种类型机床基础，新的厚度估算公式，并结合实例，对因厚度假设不足，基础变形过大，提出了简单的调整参数的方法。

1 金属切削机床基础厚度估算公式

用温克尔假定计算地基梁的方程中，都是以地基梁的柔度指标为自变量，计算地基梁的反力与内力。 地基梁的柔度指标是梁的刚度与地基刚度作用的综合反映，在地基梁的计算中，起着重要的角色。本文就是根据这个思路，以柔度指标为基础，推到出厚度估算公式。

1.1 地基梁柔度指标

用温克尔假定计算地基梁时，其柔度指标为：

式中：

1.2 地基梁的厚度

根据公式（1），地基梁的厚度通式：

1.3 地基梁的计算类型

根据文件看出，地基梁的反力、内力与变形的分布和大小，是和梁的计算类型、相关，是有一定规律的。梁的计算类型是由梁的柔度指标决定的。梁的计算类型，按柔度指标分为：

1.3.1 当梁的长度符合

1.3.2 各类机床基础的柔度指标通式

机床基础的柔度指标是由基础梁的刚度和地基刚度决定的。机床基础的刚度由基础的厚度计算的。各类机床基础的厚度和机床的工作特性相关的，文件、 提供的基础厚度估算公式，是在调查 1827台机床基础的基础上归纳出的。应该说，按此公式估算的基础厚度，是可以满足机床工作的。 故，本文拟以此为据，先推导出各类机床基础需要的柔度指标，再进一步，根据需要的柔度指标，推导出基础的厚度估算公式。

文件中提供的基础厚度公式，是按照地基机床系数K= 1 *104knm3,和混凝土标号150号定的，因此，各类机床基础需要的柔度指标通式为：

(αL)JR-是-按照文件中基础厚度计算出的，是各类机床基础需要的柔度指标，；hWJ--是文件中各类机床基础的厚度。

2 有关地基梁变形计算问题的研究分析

2.1 地基梁变形计算公式

用温克尔假定计算梁的变形公式按文件为：

式中：Yi-地基梁上任一点之变形（m）(;PF)-地基梁上任一点之反力(KNm) ;K=地基梁的基床系数KNm3 。

2.2 调整计算变形不满足的方法研究

2.2.1 一次到位法

从文件中地基梁内力计算表看出，只要地基梁的柔度指标不变，地基梁的反力、内力也不变。为此，当假设的基础厚度计算结果不满足要求时，就必须重新调整地基梁的有关参数。由公式（4）知，既然反力不变，将K值一次调整到位就可了。但是，从地基梁的柔度指标通式（1）及厚度通式（2）知，必须对K值与基础厚度同时调整，才能达到柔度指标值不变。

2.2.2 逐步逼近法

如果计算结果不满足要求，可按公式（4）的内容，只调整K值，代入柔度指标公式，求出新的柔度指标，再按文件的内力表，求新反力，按公式（4）求新变形。如果再不满足要求，必须再按照这个做法，重新调整，直至达到要求为止。

2.2.3 具体调整作法，见下面的例题。

例：某落地塘床基础平面9.5m宽*19.0m长，已知，地基基床系数K= 1 *104knm3，试估算基础假设厚度，并按计算简图1 的标准荷载，计算基础的变形差。已知，机床加工精度要求。

3 基础反力与变形差

3.1 因上面假设的基础厚度不满足要求，调整如下：

3.1.1 方法一：用 一次到位法

按公式（4），

再将hTJ代入柔度指标公式，得新的柔度指标为1.82，和第一次的数字同，因此，反力大小不变。得到的变形，就可以满足要求。

3.1.2 方法二：用逐步逼近法

如果仍然使用原假设的基础厚度2.4m ，将新的K= 5.585*104knm3代入，则，新的柔度指标变为：用新的柔度指标再查表，得新的基础变形差为：没有满足要求。应该仍按照上面的步骤，继续调整下去。 直至达到满足要求为止。

上例说明，一次到位法，调整的速度虽然很快，但是，因加大了基床系数和基础厚度，工程费用增加了；逐步逼近法虽然计算过程加长，但可以节约基础混凝土工程量，造价可能要低。所以，究竟采用何种方法，应该分析，权衡利弊，最后再定。

上例说明，如果要要满足机床加工精度，地基的刚度必须提高，地基必须加固处理。至于用何种方法处理，另文研究。

4 分析与讨论

4.1 应该重视机床基础厚度初估工作。

工业厂房设计工作时，因 厂房柱基埋深选定的较浅，逼得在设备基础设计与施工时，

不得不对柱基采取支护加固处理。如德阳某公司的几个车间，由于联合镗床基础、组合工业炉群基础的深度超过厂房柱基深度两米以上，逼得设备基础施工时，都对厂房柱基下的土壤，采用了双液矽化、成孔灌注桩锚拉支护或喷锚支护措施，不单增加了投资，而且，拖长了工期。

文件[5]和本文提出的厚度估算公式，比较简单，尤其是，本文提出的公式，物理概念清楚，涉及基础与地基刚度范围较宽。建议在厂房设计时 ，先按此估算机床基础厚度，再选定柱基的深度较好。

4.2 金属切削机床基础的内力与变形，必须满足机床加工精度要求。

因机床基础的厚度一般较大，内力计算和强度复核，大部分都可满足要求，设计时可以不作重点考虑。 机床基础的变形计算，比较复杂，且因涉及因素较多，计算结果很难符合实际，建议在大型机床基础设计中，应该根据机床加工精度要求，选择较好的方法，对变形进行重点计算。

为了加快变形计算速度，按文件[2]中的内力计算表和本文提供的调整方法操作，是可以很快得到满意结果的，建议参考使用。

4.3 应该根据地基动态抗压刚度系数CZ进行机床基础的变形计算。

理由一：在加工时，金属切削机床大多是在加工件和刀具移动（如车床），或者是机床立柱带着刀具移动（如落地塘床），或者是工件移动（如龙门铣刨床）的情况下工作的，作用在基础上的荷载，都是移动的，或动态的。作用的时间是短暂的。。地基的变形也是短暂、反复变化的。这样，应该采用地基动态抗压刚度系数，进行基础变形计算，

理由二：按照规范规定，一般大型金属切削机床基础，在设备安装前，都要进行预压，机床与基础自重作用产生的地基前期变形，大部分已经被消除掉了，投产以后，因加工产生的变形，应是处于弹性阶段下的

理由三：文件对装载机轨枕基础地基，使用弹性模量计算地基梁的作法，是可以作为参考的。

在上例中，是需要计算加工过程中的变形差，应该使用地基动态抗压刚度系数进行计算，其计算结果，会减小很多。

[1]天津大学建筑工程系地下工程教研室编。 地下结构静力计算。 北京：中国建筑工业出版社。1979.

[2]徐芝綸编。 结构力学补充教材（第二种）。北京： 人民教育出版社。1961.

[3]苏联、动力机械基础设计技术规范（CH18-58）、北京：中国工业出版社、1962.

[4]中华人民共和国国家标准、动力机器基础设计规范 GBJ40-79（试行）、北京、中国建筑工业出版社、1980.

[5]中华人民共和国国家标准。动力机器基础设计规范 GB 50040-96.北京。中国计划出版社。1996.

[6]第一机械工业部设计研究总院编。 动力机器基础设计手册。 北京：中国建筑工业出版社。1986.

[7]华东工业建筑设计院译。 弹性地基上结构物的计算。 北京： 建筑工业出版社。 1957.