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摘要: 本文结合工作实际，将金属切削机床基础的重要性、基础设计一般程序、原始资料的收集、隔振沟的设置、车间地坪及设备基础等一系列问题进行了系统的介绍。
【Abrtract】 This article takes systematic introduction according to practicality with the importance, general design procedure and source material gathering of metal cutting machine foundation as well as with isolation trench setup, workshop ground and equipment foundation etc.
关键词:金属切削机床 基础 隔振沟 设计
【Keywords】 metal cutting machine foundationisolation trenchdesign
中图分类号：F407.4文献标识码：A 文章编号：
在工业设计院，工艺专业是龙头专业，无论是工业设计还是设备基础设计，工艺专业不仅需要详细、深入的理解本专业设备、生产、技术知识，还需不断了解与工艺设计有关的其它专业的知识，这样我们才能协同业主从源头确定最佳方案，为后续设计的顺利的进行打下坚实的基础。本文结合工作实际，将金属切削机床基础的重要性、基础设计一般程序、原始资料的收集、隔振沟的设置、车间地坪及设备基础等一系列问题进行了系统的介紹。
一、金属切削设备基础的重要性及基本要求
设备基础是支撑和固定工厂设备的结构体，其主要任务是将设备可靠地固定在设备基础的相应部位上，将设备的恒荷载、活荷载和设备动荷载传给地基，不产生危害设备运转的地基沉降或基础的震动，不影响车间人员的正常生产和工作，满足设备正常运转的各项要求。如果设备在运转过程中基础出现晃动、不稳固、基础裂缝等后续质量问题，将会对设备产生极大的危害，甚至导致设备损坏影响生产。
金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器的机器，被称为“工作母机”。设备本身精度（包括几何精度和切削精度）影响加工工件的精度。对于重型机床、精密机床必须要有稳定的设备基础，否则，无法调整机床精度，即使调整后也会反复变化。金属切削机床由于本身具有加工工件所必须的刚度和稳定性，它传递给机床基础的动力作用比机床本身的重力要小得多。因此，金属切削机床设备基础应满足下列基本要求【1】：
1、具有足够的强度、刚度和稳定性。
2、能满足振动控制要求。
3、有利于增强机床床身的静刚度。。
4、保持基础与机床之间适当的质量比例关系。
设备基础在满足上述要求的情况下，还应有良好的经济性。
二、设备基础设计一般程序
在工业设计院，设备基础设计由结构专业主导、工艺专业配合完成。一般程序如下：
1、首先在设计之前应先了解和分析设计任务，并收集有关设计资料。包括地质勘察报告、勘探点数量及勘探孔深度、抗震设防烈度，还应考虑所使用的工程构建所处的环境条件。
2、根据机床类别、工艺要求及地质条件，选择基础形式并确定基础设计方案以及机床的安装方式；
3、确定基础的平面尺寸、基础厚度、埋置深度与安装平面的标高。
4、确定基础的其他结构与尺寸，如地脚螺栓预留孔、槽、坑及隔振沟等结构尺寸；
5、选择混凝土标号，决定基础是否配筋以及是否进行配筋计算；
6、进行地基承载力验算（必要时进行动力计算）；
7、绘制基础图。
对于新建厂房内的设备基础设计，一般安排在子项的施工图设计之后，与基础设计有关的地质资料在施工图阶段已经收集、利用；厂房内车间工艺布局已经确定；在设备没有具体订货情况下，受车间空间限制，有些设备基础与邻近厂房柱子干涉时，邻近的厂房柱子在施工图阶段已经根据估算进行下沉。对于老厂房内新增设备基础设计，要特别注意本厂房详勘资料、设备定位后邻近厂房柱子基础大小、相对位置、车间地面等具体资料的收集与核准。
三、与基础设计有关设备技术资料收集
对于重要机床和精密机床，设备制造厂一般向用户提供设备基础图或安装平面图，用户事先做好设备基础，经过一段时间保养，待基础进入稳定阶段，然后再安装机床。设备制造厂提供的基础图不能直接指导施工，需要设计院转化成基础施工图。当需要设计单独基础时，应依据下列资料【1】：
1）机床名称、型号、精度等级、主要技术规格、质量（自重）、外形尺寸、电机功率及传动方式等；
2）机床辅助设备及电气、管道的布置和固定条件。
3）机床安装位置的平面布置图；
4）机床底座与基础接触面的轮廓尺寸，地脚螺栓、预埋件和基础内需要开设的坑、槽、孔、洞等的位置尺寸；
5）机床及加工工件的重力分布情况，移动部件及移动工件的重力及其移动范围；
6）机床基础允许的倾斜、变形数值；
7）机床加工精度及机床刚度、稳定性和防振要求；
8）厂房基础的尺寸、埋置深度及地坪构造等。
上述各项资料并非设计任何基础所必须，收集资料时应根据机床及基础的具体要求有选择地确定其范围。如：安装在厂房中部位置的机床就没必要考虑厂房基础的尺寸和埋置深度；床身较长的机床就必须取得载荷分布的详细资料等。
四、隔振沟的设置
机床的振动与加工质量有着密切的关系，特别是精密机床和高精度机床对振动尤为敏感。机床振动分两个方面，一是机床本身的振动，二是外界传来的干扰振动。机床本身的振动在设备设计时已充分考虑，工厂设计主要考虑外界传来的干扰振动。对于干扰振动需要采取隔离措施，主要措施如下【2】：
1） 在基础四周设置隔振沟，隔振沟的深度应与基础深度相同，宽度宜为100mm，隔振沟内宜空或垫海绵、乳胶等材料。2） 在基础四周粘贴泡沫塑料、聚苯乙烯等隔振材料。3） 在基础四周设缝与混凝土地面脱开，缝中宜填沥青、麻丝等弹性材料。4） 精密机床的加工精度要求较高时，根据环境振动条件，可在基础或机床底部另行采取隔振措施。
采用与基础同深的隔振沟（一般1000mm左右），对地面脉动、外界传来的低频振动基本上不起隔振作用的（而设置较深的沟有困难）对地面传来的冲击振动或较高频率的干扰振动，由于其波长短，有一定的减振效果，尤其是当振动源与隔振沟距离较近时，隔振效果就较为显著。实测表明对龙门刨床设置隔振沟后，由于工作台往复运动产生的较大冲击振动，在隔振沟范围外（距离1m左右）测得的振幅值仅为隔振沟范围内的1/2～1/3。对3t的锻锤基础设置隔振沟与不设置隔振沟，在离振源5m以外处测量，其振幅对应小3～4倍。因此对有较大冲击、振动的机床，为了减少其对外界的影响，也应设置隔振沟【3】。
作为积极振动的隔振沟，必须注意基础自振频率有可能与机床工作时的扰力频率接近而发生共振，反而使振幅增大。设计务必使基础自振频率与机床工作时扰力频率错开30%以上。作为消极隔振的隔振沟也应避免基础自振频率与机床扰力频率以及外来振动频率接近而发生共振。
五、车间地坪及设备基础
不是所有的设备必须设置单独的设备基础，根据机床型号、规格、重量、刚度、稳定性、加工精度、车间工艺的稳定性等情况来确定基础形式。根据生产实践，目前有两类基础形式，一种直接将设备安装在车间地坪上；一种做独立基础。
1、机床直接安装在车间地坪上
部分刚度较高的中小型普通机床，工作时冲击、振动较轻的机床、高刚度机床（即机床床身或底座的长度与其断面高度之比小于5的机床）可以考虑直接安装在车间地坪上。机床直接安装在车间地坪上，对以后车间工艺调整是比较方便的。下表列出了这部分机床的界限以及相应的混凝土地坪厚度表。
2、设备安装在单独基础上
1）应安装在单独基础上的机床
各种大型、重型、超重型金切机床，各种精密、高精度金切机床，底刚度机床（即机床床身或底座的长度与其断面高度之比大于8的机床），具有较大冲击载荷或振动的机床，一般应安装在单独的基础上。对于床身或底座长度与其断面高度之比大于5小于8的中小型机床，可以安装在单独基础上也可以安装在加厚的地坪上。
2）基础尺寸及构造
为了机床能正常工作，减弱自身的振动和外来振动的影响，需要机床基础具有一定的强度、刚度和重量。
基础的平面尺寸一般应比机床底座的外轮廓尺寸大100mm～700mm，视机床尺寸大小、轻重、精度高低以及工作时扰力大小来确定。金属切削机床基础的混凝土厚度参考下表：
注：①表中的L为机床外形的长度（m），h为其高度（m）均是机床样本和说明书上提供的外形尺寸。②表中基础厚度指机床底座下（如垫铁时，指垫铁下）承重部分的混凝土厚度。③有提高加工精度要求的普通机床可按上表中的混凝土厚度增加5%～10%。
参考文献：
李金寿编著的《机床基础与机床安装》
《动力机器基础设计规范》（GB 50040-1996）
机械工业第六设计研究院有限公司《工程设计简明实用专业手册》
《建筑地面设计规范》（GB50037-96）
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
【Abrtract】 This article takes systematic introduction according to practicality with the importance, general design procedure and source material gathering of metal cutting machine foundation as well as with isolation trench setup, workshop ground and equipment foundation etc.
关键词:金属切削机床 基础 隔振沟 设计
【Keywords】 metal cutting machine foundationisolation trenchdesign
中图分类号：F407.4文献标识码：A 文章编号：
在工业设计院，工艺专业是龙头专业，无论是工业设计还是设备基础设计，工艺专业不仅需要详细、深入的理解本专业设备、生产、技术知识，还需不断了解与工艺设计有关的其它专业的知识，这样我们才能协同业主从源头确定最佳方案，为后续设计的顺利的进行打下坚实的基础。本文结合工作实际，将金属切削机床基础的重要性、基础设计一般程序、原始资料的收集、隔振沟的设置、车间地坪及设备基础等一系列问题进行了系统的介紹。
一、金属切削设备基础的重要性及基本要求
设备基础是支撑和固定工厂设备的结构体，其主要任务是将设备可靠地固定在设备基础的相应部位上，将设备的恒荷载、活荷载和设备动荷载传给地基，不产生危害设备运转的地基沉降或基础的震动，不影响车间人员的正常生产和工作，满足设备正常运转的各项要求。如果设备在运转过程中基础出现晃动、不稳固、基础裂缝等后续质量问题，将会对设备产生极大的危害，甚至导致设备损坏影响生产。
金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器的机器，被称为“工作母机”。设备本身精度（包括几何精度和切削精度）影响加工工件的精度。对于重型机床、精密机床必须要有稳定的设备基础，否则，无法调整机床精度，即使调整后也会反复变化。金属切削机床由于本身具有加工工件所必须的刚度和稳定性，它传递给机床基础的动力作用比机床本身的重力要小得多。因此，金属切削机床设备基础应满足下列基本要求【1】：
1、具有足够的强度、刚度和稳定性。
2、能满足振动控制要求。
3、有利于增强机床床身的静刚度。。
4、保持基础与机床之间适当的质量比例关系。
设备基础在满足上述要求的情况下，还应有良好的经济性。
二、设备基础设计一般程序
在工业设计院，设备基础设计由结构专业主导、工艺专业配合完成。一般程序如下：
1、首先在设计之前应先了解和分析设计任务，并收集有关设计资料。包括地质勘察报告、勘探点数量及勘探孔深度、抗震设防烈度，还应考虑所使用的工程构建所处的环境条件。
2、根据机床类别、工艺要求及地质条件，选择基础形式并确定基础设计方案以及机床的安装方式；
3、确定基础的平面尺寸、基础厚度、埋置深度与安装平面的标高。
4、确定基础的其他结构与尺寸，如地脚螺栓预留孔、槽、坑及隔振沟等结构尺寸；
5、选择混凝土标号，决定基础是否配筋以及是否进行配筋计算；
6、进行地基承载力验算（必要时进行动力计算）；
7、绘制基础图。
对于新建厂房内的设备基础设计，一般安排在子项的施工图设计之后，与基础设计有关的地质资料在施工图阶段已经收集、利用；厂房内车间工艺布局已经确定；在设备没有具体订货情况下，受车间空间限制，有些设备基础与邻近厂房柱子干涉时，邻近的厂房柱子在施工图阶段已经根据估算进行下沉。对于老厂房内新增设备基础设计，要特别注意本厂房详勘资料、设备定位后邻近厂房柱子基础大小、相对位置、车间地面等具体资料的收集与核准。
三、与基础设计有关设备技术资料收集
对于重要机床和精密机床，设备制造厂一般向用户提供设备基础图或安装平面图，用户事先做好设备基础，经过一段时间保养，待基础进入稳定阶段，然后再安装机床。设备制造厂提供的基础图不能直接指导施工，需要设计院转化成基础施工图。当需要设计单独基础时，应依据下列资料【1】：
1）机床名称、型号、精度等级、主要技术规格、质量（自重）、外形尺寸、电机功率及传动方式等；
2）机床辅助设备及电气、管道的布置和固定条件。
3）机床安装位置的平面布置图；
4）机床底座与基础接触面的轮廓尺寸，地脚螺栓、预埋件和基础内需要开设的坑、槽、孔、洞等的位置尺寸；
5）机床及加工工件的重力分布情况，移动部件及移动工件的重力及其移动范围；
6）机床基础允许的倾斜、变形数值；
7）机床加工精度及机床刚度、稳定性和防振要求；
8）厂房基础的尺寸、埋置深度及地坪构造等。
上述各项资料并非设计任何基础所必须，收集资料时应根据机床及基础的具体要求有选择地确定其范围。如：安装在厂房中部位置的机床就没必要考虑厂房基础的尺寸和埋置深度；床身较长的机床就必须取得载荷分布的详细资料等。
四、隔振沟的设置
机床的振动与加工质量有着密切的关系，特别是精密机床和高精度机床对振动尤为敏感。机床振动分两个方面，一是机床本身的振动，二是外界传来的干扰振动。机床本身的振动在设备设计时已充分考虑，工厂设计主要考虑外界传来的干扰振动。对于干扰振动需要采取隔离措施，主要措施如下【2】：
1） 在基础四周设置隔振沟，隔振沟的深度应与基础深度相同，宽度宜为100mm，隔振沟内宜空或垫海绵、乳胶等材料。2） 在基础四周粘贴泡沫塑料、聚苯乙烯等隔振材料。3） 在基础四周设缝与混凝土地面脱开，缝中宜填沥青、麻丝等弹性材料。4） 精密机床的加工精度要求较高时，根据环境振动条件，可在基础或机床底部另行采取隔振措施。
采用与基础同深的隔振沟（一般1000mm左右），对地面脉动、外界传来的低频振动基本上不起隔振作用的（而设置较深的沟有困难）对地面传来的冲击振动或较高频率的干扰振动，由于其波长短，有一定的减振效果，尤其是当振动源与隔振沟距离较近时，隔振效果就较为显著。实测表明对龙门刨床设置隔振沟后，由于工作台往复运动产生的较大冲击振动，在隔振沟范围外（距离1m左右）测得的振幅值仅为隔振沟范围内的1/2～1/3。对3t的锻锤基础设置隔振沟与不设置隔振沟，在离振源5m以外处测量，其振幅对应小3～4倍。因此对有较大冲击、振动的机床，为了减少其对外界的影响，也应设置隔振沟【3】。
作为积极振动的隔振沟，必须注意基础自振频率有可能与机床工作时的扰力频率接近而发生共振，反而使振幅增大。设计务必使基础自振频率与机床工作时扰力频率错开30%以上。作为消极隔振的隔振沟也应避免基础自振频率与机床扰力频率以及外来振动频率接近而发生共振。
五、车间地坪及设备基础
不是所有的设备必须设置单独的设备基础，根据机床型号、规格、重量、刚度、稳定性、加工精度、车间工艺的稳定性等情况来确定基础形式。根据生产实践，目前有两类基础形式，一种直接将设备安装在车间地坪上；一种做独立基础。
1、机床直接安装在车间地坪上
部分刚度较高的中小型普通机床，工作时冲击、振动较轻的机床、高刚度机床（即机床床身或底座的长度与其断面高度之比小于5的机床）可以考虑直接安装在车间地坪上。机床直接安装在车间地坪上，对以后车间工艺调整是比较方便的。下表列出了这部分机床的界限以及相应的混凝土地坪厚度表。
2、设备安装在单独基础上
1）应安装在单独基础上的机床
各种大型、重型、超重型金切机床，各种精密、高精度金切机床，底刚度机床（即机床床身或底座的长度与其断面高度之比大于8的机床），具有较大冲击载荷或振动的机床，一般应安装在单独的基础上。对于床身或底座长度与其断面高度之比大于5小于8的中小型机床，可以安装在单独基础上也可以安装在加厚的地坪上。
2）基础尺寸及构造
为了机床能正常工作，减弱自身的振动和外来振动的影响，需要机床基础具有一定的强度、刚度和重量。
基础的平面尺寸一般应比机床底座的外轮廓尺寸大100mm～700mm，视机床尺寸大小、轻重、精度高低以及工作时扰力大小来确定。金属切削机床基础的混凝土厚度参考下表：
注：①表中的L为机床外形的长度（m），h为其高度（m）均是机床样本和说明书上提供的外形尺寸。②表中基础厚度指机床底座下（如垫铁时，指垫铁下）承重部分的混凝土厚度。③有提高加工精度要求的普通机床可按上表中的混凝土厚度增加5%～10%。
参考文献：
李金寿编著的《机床基础与机床安装》
《动力机器基础设计规范》（GB 50040-1996）
机械工业第六设计研究院有限公司《工程设计简明实用专业手册》
《建筑地面设计规范》（GB50037-96）
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。