常熟康祥機械分析：機床大件焊接結構的設計怎么做？

機床大件在機床使用中，起著支持、承載和穩定作用，要求結構要合理。常熟康祥機械從事多年機械焊接加工，將著重闡述了機床大件焊接結構的造型特點和焊接結構設計時的要求和注意事項，又對機床焊接結構的工藝設計作了介紹。

焊接結構的造型特點

機床焊接結構的造型，主要是通過焊縫以小拼大把結構材料加工成特定功能的構件形體。

1.1 造型設計的高度靈活性

(1)各種鋼板和型材的靈活運用。造型設計的高度靈活性，首先表現在各種鋼板和型材的靈活運用上。在造型設計中，當鋼板厚度大于 10mm 時，一般采用平板造型為多:小于 10mm 時，則采用成型板造型為多。 機床焊接結構中所用的型材，主要是槽鋼、角鋼、工字鋼和管材、以及經濟型材等輕型型鋼。這類型鋼強度高、重量輕，且材料利用率可高達 90%以上，是良好的造型結構材料(2)各種經濟斷面和肋條的靈活運用。在提高結構靜剛度的同時，要減輕結構的重量，提高固有頻率，最有效的方法之一，就是采用各種經濟斷面結構，合理地布置加強肋。(3)焊接結構生產不易出廢品。焊接結構生產過程中發現缺陷時還可以在原焊接件的基礎上進行補救性的修復和改進工作，所以不易出現廢品。(4)焊接結構生產周期短。焊接結構生產不需要制造木模和澆注，生產周期短特別適用于單件和小批生產。

1.2焊接結構造型的經濟性

焊接結構造型的經濟性，是與同類型鑄造結構的比較中成立的。

減少操縱桿等零件的重量，可以減小零件的慣性，有利于改善傳動機構的靈敏度，提高機構的伺服性能

1.3焊縫設計與布置的工藝性

焊縫不是形式美的表情要素。紋路勻稱、飽滿、平直的焊縫，可以給人一種

節奏性的工藝美。

因此，在焊接結構設計中，焊縫的設計與布置要注意:

(1) 盡量減少焊縫。減少焊縫的前提，首先要減少構件的數量，即力求以最少的構件和最短的連接尺寸來造型。采用成型板和型鋼是減少焊縫的最有效方法。(2)焊縫盡量置于形體的棱邊。如圖所示的支架，如同裁剪布料一樣，用4段置于拐角處的橫焊縫焊成了，既經濟又美觀。(3) 適當的工藝處理。圓角處焊縫，要求飽滿;棱角處和平板上焊縫，要求平整。

焊接結構設計應注意的問題

機床支承大件的結構剛度，與一般機械結構相比，要高 5-50 倍。獲得高剛度的前提，要使支承大件的整體剛度比較均勻，并盡可能地呈線性關系。為此，在結構設計時應注意以下的問題:

2.1重視封閉結構與開式結構的過渡

采用封閉結構，對于提高剛度，特別是提高抗扭剛度有明顯的作用。但愛封閉結構和開式結構的過渡部位，會出現明顯的剛度陡降。

2.2 注意結構變化出的局部剛度

當一個連續的結構出現變化的地方，也會產生局部剛度陡降的現象

2.3鵝頸結構要加固

在承受交變載荷的情況下，鵝頸結構的內側翼板上存在著切向拉伸應力，是翼板和腹板間的焊縫有被拉開的趨勢。曲率半徑越小，徑向拉力越大。因此，鵝頸部位的加固，宜在內測翼板而不在外側翼板上。

鵝頸部位要保證焊接質量，不得在此部位采用斷續焊縫

2.4 重視附加件部件的剛度設計

機床床身、立柱、橫梁上都要裝置一些零部件。這些零部件的質量，勢必會改變所在部位的固有頻率。

當然，附加件的設計，重量要輕，布局要盡量均衡

3.1焊接結構工藝設計要點

機床焊接結構，主要指床身、底座、立柱、橫梁、機體、殼體等大件結構。它們的結構特征是:結構復雜、剛度大、精度和穩定性要求高。一般說焊接應力比較大，在焊接生產過程中以及焊接以后通常需要進行熱處理工序。

焊接工藝設計，包括生產工藝準備、鋼板的預加工、裝配一焊接、驗收等多道生產工序。現提出以下要點:

(1) 減少配料和裝配工時。其主要措施是:采用直線方角造型、提高焊接零件的備料加工生產率和精度。(2) 改善結構的切削性。統計表明，低碳結構鋼的可焊性比較好，但其機械加工性能卻不如鑄鐵。機械加工工時與鑄鐵相比，只有銑削工時比較接近，所以，應盡可能采用銑削加工。(3) 避免在加工表面布置焊縫。避免在需要機械加工的表面布置焊縫。在不可避免的情況下，要防止機械加工削弱焊接接頭，以確保結構的安全工作。(4) 非工作焊縫采用間斷焊縫。由于機械結構的剛度大，對焊縫的約束力也大。對于內腔的非工作焊縫，應盡量采用間斷焊縫，為釋放振動應力留有一點余地，以提高結構的減振能力。

3.2焊縫強度設計的經驗法則

(1)焊縫形式。焊縫形式，不外乎是對接焊縫和角焊縫兩種。在機械結構中，角焊縫用得最多。

按焊接接頭作用，焊接結構可分工作街頭和連接接頭兩種連接接頭是將 2個或更多的零件連接成一個整體，一保持其相對位置見圖 b。這種焊縫一般不會影響結構的安全工件。如床身、立柱等內腔種的肋條和肋條、肋條與板壁之間的焊縫。

(2) 焊縫強度設計的經驗法則。由于機床床身、立柱、底座、橫梁等大件是按剛度條件設計的，它們的斷面尺寸大，工作應力一般在 10-30Mpa 范圍內，只相當于低碳結構鋼需用應力的 10%-20%。所以，機床大件的焊縫不能按工作應力計算。