岑阳 王彪

摘 要： 机械制造中，机床是一个载体，许多零件都需要机床进行加工，机床上的导轨是支撑机床进行加工的部件，本文通过斜床身导轨进行导轨结合面尺寸设计与分析，斜床身的导轨具有代表性，通过它可以分析导轨的尺寸设计以及床身结构优化的方向，最终满足机床的加工与对零部件的支撑要求。

关键词： 导轨结合面尺寸设计；导轨尺寸设计；床身导轨结构优化

1.導轨结合面尺寸设计

机床导轨的结构和性能对机床的影响非常大，机床导轨不仅是本身使用的性能，同时还有支撑的作用，所以机床的运行和加工与导轨是密不可分的，在对导轨进行设计的时候，安装面、导轨、导轨顶面、移动部件统称为导轨系统，如图1.1.

导轨结合面尺寸的设计主要通过以下几个原则进行设计：

（1）机床加工的能力，决定导轨的跨距，机床加工的零件直径越大，跨距越大，但是跨距太小会影响接触面的受力，使床鞍在受力中出现倾覆角；

（2）床鞍与床身导轨之间的接触长度直径影响到导轨系统受力时候的刚度；

（3）导轨接触长度过长会现在床鞍在床身上的进给距离。

2.导轨尺寸设计

导轨的尺寸设计主要是根据导轨的跨距W和机床长度L进行设计，图2.1为斜床身导轨的尺寸图。

斜床身具有两轴联动、半闭环控制系统的数控机床，床身可以倾斜45°，导轨的性能和刚度非常好，在加工的过程中可以支撑较大的负载，同时吸震性能好，可以保证机床的加工精度。

导轨尺寸设计的第一步是对导轨系统载荷进行求解，机床上有3个主要的支撑体，它们分别为床身、滑板和床鞍、主轴箱和尾座，载荷分布情况是床身是连接主轴箱、床鞍、尾座导轨处的载荷，滑板和床鞍是与刀塔连接处以及滑板—床鞍导轨连接面载荷，主轴箱和尾座是主轴轴承处以及尾座套筒处载荷，将机床假设在一个加工工况非常良好的环境下，在根据机床的工作范围和加工特点，对切削力进行求解，通过功率求解法进行切削力计算，公式如下：

对导轨的切削力求解完成后，需要对导轨的刚度进行分析，分析导轨的扭转刚度，导轨上边的零部件主要是通过凹形与导轨进行结合，这样的优点是载荷施加的时候，导轨不会发生分离，同时在发生扭转的时候，导轨的接触面也不会发生倾覆，分析图如图2.2：

如果导轨在实际使用中受到一个向上的扭矩，设导轨的长度为L，扭转点的位置在L/n处，扭转过程中的扭转角为θ，根据以上这些数据对导轨进行计算，最终设计时候，要保证导轨在扭转中，接触表面不会发生变形、接触表面的载荷位移呈线性变化，同时导轨本身变形最下。

3.床身导轨结构优化

在对产品进行设计的整个过程中，无论前期的设计怎么合理，在实际的情况中都会出现不同的状况，所以需要在设计完成之后进行结构优化，床身导轨的设计也是这样的，主要的流程如图3.1，设计指标就是在设计完成之后，需要导轨达到一个怎样的设计要求，同时这也是设计完成后性能评判的依据，物理模型，是对导轨的几何尺寸、材料特性、约束进行模型分析，概念模型是将物理转化为拓扑优化，通过概念模型确定结构方案设计，最后是确定结构优化设计，达到对导轨尺寸优化设计。

结论

在现代科技发展的今天，以往普通的机床设计已经不能满足加工的要求，现代的设计理念是导轨结合面和支撑件效率要高、同时能耗要低、刚度还要好，所以现代机床的设计都依赖与计算机设计，导轨结合面设计的过程中，通过有限元、结构优化理论、正交函数等，对导轨进行性能分析，同时还利用模型进行不同刚度下，导轨的使用性能，从而将导轨结构设计成最优化的零件。

参考文献

[1]温淑花.结合面接触特性理论建模及仿真.[M].北京：国防工业出版社.2012.12.

[2]孟少安.机械加工工艺手册.[M].北京机械工业出版社.1991.

[3]王先奎. 机械制造工艺学（第二版）[M]. 北京：机械工业出版社，2011.12

[4]浦林祥.《金属切削机床夹具设计手册》，北京：机械工业出版社，1995.