常熟康祥机械分析：机床大件焊接结构的设计怎么做？

机床大件在机床使用中，起着支持、承载和稳定作用，要求结构要合理。常熟康祥机械从事多年机械焊接加工，将着重阐述了机床大件焊接结构的造型特点和焊接结构设计时的要求和注意事项，又对机床焊接结构的工艺设计作了介绍。

焊接结构的造型特点

机床焊接结构的造型，主要是通过焊缝以小拼大把结构材料加工成特定功能的构件形体。

1.1 造型设计的高度灵活性

(1)各种钢板和型材的灵活运用。造型设计的高度灵活性，首先表现在各种钢板和型材的灵活运用上。在造型设计中，当钢板厚度大于 10mm 时，一般采用平板造型为多:小于 10mm 时，则采用成型板造型为多。 机床焊接结构中所用的型材，主要是槽钢、角钢、工字钢和管材、以及经济型材等轻型型钢。这类型钢强度高、重量轻，且材料利用率可高达 90%以上，是良好的造型结构材料(2)各种经济断面和肋条的灵活运用。在提高结构静刚度的同时，要减轻结构的重量，提高固有频率，最有效的方法之一，就是采用各种经济断面结构，合理地布置加强肋。(3)焊接结构生产不易出废品。焊接结构生产过程中发现缺陷时还可以在原焊接件的基础上进行补救性的修复和改进工作，所以不易出现废品。(4)焊接结构生产周期短。焊接结构生产不需要制造木模和浇注，生产周期短特别适用于单件和小批生产。

1.2焊接结构造型的经济性

焊接结构造型的经济性，是与同类型铸造结构的比较中成立的。

减少操纵杆等零件的重量，可以减小零件的惯性，有利于改善传动机构的灵敏度，提高机构的伺服性能

1.3焊缝设计与布置的工艺性

焊缝不是形式美的表情要素。纹路匀称、饱满、平直的焊缝，可以给人一种

节奏性的工艺美。

因此，在焊接结构设计中，焊缝的设计与布置要注意:

(1) 尽量减少焊缝。减少焊缝的前提，首先要减少构件的数量，即力求以最少的构件和最短的连接尺寸来造型。采用成型板和型钢是减少焊缝的最有效方法。(2)焊缝尽量置于形体的棱边。如图所示的支架，如同裁剪布料一样，用4段置于拐角处的横焊缝焊成了，既经济又美观。(3) 适当的工艺处理。圆角处焊缝，要求饱满;棱角处和平板上焊缝，要求平整。

焊接结构设计应注意的问题

机床支承大件的结构刚度，与一般机械结构相比，要高 5-50 倍。获得高刚度的前提，要使支承大件的整体刚度比较均匀，并尽可能地呈线性关系。为此，在结构设计时应注意以下的问题:

2.1重视封闭结构与开式结构的过渡

采用封闭结构，对于提高刚度，特别是提高抗扭刚度有明显的作用。但爱封闭结构和开式结构的过渡部位，会出现明显的刚度陡降。

2.2 注意结构变化出的局部刚度

当一个连续的结构出现变化的地方，也会产生局部刚度陡降的现象

2.3鹅颈结构要加固

在承受交变载荷的情况下，鹅颈结构的内侧翼板上存在着切向拉伸应力，是翼板和腹板间的焊缝有被拉开的趋势。曲率半径越小，径向拉力越大。因此，鹅颈部位的加固，宜在内测翼板而不在外侧翼板上。

鹅颈部位要保证焊接质量，不得在此部位采用断续焊缝

2.4 重视附加件部件的刚度设计

机床床身、立柱、横梁上都要装置一些零部件。这些零部件的质量，势必会改变所在部位的固有频率。

当然，附加件的设计，重量要轻，布局要尽量均衡

3.1焊接结构工艺设计要点

机床焊接结构，主要指床身、底座、立柱、横梁、机体、壳体等大件结构。它们的结构特征是:结构复杂、刚度大、精度和稳定性要求高。一般说焊接应力比较大，在焊接生产过程中以及焊接以后通常需要进行热处理工序。

焊接工艺设计，包括生产工艺准备、钢板的预加工、装配一焊接、验收等多道生产工序。现提出以下要点:

(1) 减少配料和装配工时。其主要措施是:采用直线方角造型、提高焊接零件的备料加工生产率和精度。(2) 改善结构的切削性。统计表明，低碳结构钢的可焊性比较好，但其机械加工性能却不如铸铁。机械加工工时与铸铁相比，只有铣削工时比较接近，所以，应尽可能采用铣削加工。(3) 避免在加工表面布置焊缝。避免在需要机械加工的表面布置焊缝。在不可避免的情况下，要防止机械加工削弱焊接接头，以确保结构的安全工作。(4) 非工作焊缝采用间断焊缝。由于机械结构的刚度大，对焊缝的约束力也大。对于内腔的非工作焊缝，应尽量采用间断焊缝，为释放振动应力留有一点余地，以提高结构的减振能力。

3.2焊缝强度设计的经验法则

(1)焊缝形式。焊缝形式，不外乎是对接焊缝和角焊缝两种。在机械结构中，角焊缝用得最多。

按焊接接头作用，焊接结构可分工作街头和连接接头两种连接接头是将 2个或更多的零件连接成一个整体，一保持其相对位置见图 b。这种焊缝一般不会影响结构的安全工件。如床身、立柱等内腔种的肋条和肋条、肋条与板壁之间的焊缝。

(2) 焊缝强度设计的经验法则。由于机床床身、立柱、底座、横梁等大件是按刚度条件设计的，它们的断面尺寸大，工作应力一般在 10-30Mpa 范围内，只相当于低碳结构钢需用应力的 10%-20%。所以，机床大件的焊缝不能按工作应力计算。