數(shù)控車(chē)床機(jī)械部分分析-文庫(kù)吧
2025-06-02 07:14 本頁(yè)面
【正文】 用水平布局的傳統(tǒng)車(chē)床床身的要小，因而機(jī)床的剛度得到了提高。 圖56 所示為傳統(tǒng)的臥式鏜銑床的結(jié)構(gòu)布局和臥式加工中心 （ 臥式自動(dòng)換刀數(shù)控鏜銑床 ） 的結(jié)構(gòu)布局的比較。 傳統(tǒng)的臥式鏜銑床由于主軸箱單面懸掛在立柱側(cè)面，主軸箱自重將使立柱承受彎矩 ，切削力將使立柱承受扭矩 ，而加工中心的布局使主軸箱的主軸中心位于立柱的對(duì)稱面內(nèi)，立柱則不再承受由主軸箱自重產(chǎn)生的彎矩和由切削力產(chǎn)生的扭矩，從而改善了立柱的受力狀況，減小了立柱的彎曲、扭轉(zhuǎn)變形，提高了剛度 。圖56 臥式鏜銑床與臥式加工中心的結(jié)構(gòu)布局比較3 ．補(bǔ)償有關(guān)零、部件的靜力變形 在外力的作用下，機(jī)床的變形是不可避免的，如果能采取措施使變形對(duì)加工精度的影響減小，其結(jié)果相當(dāng)于提高了機(jī)床的剛度。依照這一思路，產(chǎn)生了許多補(bǔ)償有關(guān)零、部件的靜力變形的方法，這種方法普遍用于補(bǔ)償因自重而引起的靜力變形。 如圖57 所示的大型龍門(mén)銑床，當(dāng)主軸部件移到橫梁中部時(shí)，橫梁的彎曲變形 （ 下凹 ） 最大。為此可將橫梁導(dǎo)軌加工成中部凸起的拋物線形，或者通過(guò)在橫梁內(nèi)部安裝輔助梁和預(yù)校正螺釘將主導(dǎo)軌預(yù)調(diào)校正為中凸拋物線形，這樣可以補(bǔ)償主軸箱移動(dòng)到橫梁中部時(shí)引起的彎曲變形 （ 圖57（a）） 。 為補(bǔ)償主軸箱自重的影響，也可以用加平衡重塊或其他平衡力的方法，抵消部分直接作用于橫梁上的自重，從而減小橫梁因主軸箱自重引起的彎曲變形 （ 圖57（b）） 。 4 ．提高機(jī)床各部件的接觸剛度 在機(jī)床各部件的固定連接面和運(yùn)動(dòng)副的結(jié)合面之間，總會(huì)存在宏觀和微觀不平，兩個(gè)面之間真正接觸的只是一些高點(diǎn)，實(shí)際接觸面積小于兩接觸表面的面積 （ 名義接觸面積 ） ，因此，在承載時(shí)，作用于這些接觸點(diǎn)的壓強(qiáng)要比平均壓強(qiáng)大得多，從而產(chǎn)生接觸變形。平均壓強(qiáng) p 與變形 δ 之比稱為接觸剛度 ，即 （53） 由于機(jī)床總有為數(shù)較多的靜、動(dòng)連接面，如果不注意提高接觸剛度，各連接面的接觸變形就會(huì)大大降低機(jī)床的整體剛度，對(duì)加工精度產(chǎn)生非常不利的影響。圖57 橫梁彎曲變形補(bǔ)償影響接觸剛度的根本因素是實(shí)際接觸面積的大小，任何增大實(shí)際接觸面積的方法都能有效地提高接觸剛度。如機(jī)床的導(dǎo)軌常采用人工鏟刮工藝作為最終的精加工工序，通過(guò)刮 研 ，可以增加單位面積上的接觸點(diǎn)，并使接觸點(diǎn)分布均勻，從而增加 導(dǎo)軌副結(jié)合面的實(shí)際接觸面積，提高接觸剛度。又如采用滾動(dòng)軸承作為支承的主軸部件，都要設(shè)計(jì)預(yù) 緊結(jié)構(gòu)調(diào)整軸承間隙，使軸承在有預(yù)加載荷的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，以提高主軸的支承剛度。預(yù)加載荷增大了實(shí)際接觸點(diǎn)的面積，從而達(dá)到提高接觸剛度的目的。采用螺紋緊固的固定連接面，合理布置一定數(shù)量的螺栓，并對(duì)螺栓的擰緊力矩提出嚴(yán)格要求以保證適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力，也是為提高接觸剛度而常采用的措施。 5 ．采用鋼板焊接結(jié)構(gòu) 長(zhǎng)期以來(lái)，機(jī)床基礎(chǔ)件主要采用鑄鐵件。近年來(lái)，以鋼板焊接結(jié)構(gòu)代替鑄鐵件的趨勢(shì)不斷擴(kuò)大，從開(kāi)始在單件和小批量的重型和超重型機(jī)床上的應(yīng)用，逐步發(fā)展到有一定批量的中型機(jī)床。 表 53 列出了 StarTurn1200 型數(shù)控車(chē)床焊接床身和鑄造床身的剛度的對(duì)比結(jié)果。從結(jié)果看，焊接床身的剛度高于鑄造床身。這是因?yàn)閮煞N床身的筋板布置不同，鋼板焊接結(jié)構(gòu)容易采第五章數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)用最有利于提高剛度的筋板布置形式，能充分發(fā)揮壁板和筋板的承載及抵抗變形的作用；焊接結(jié)構(gòu)還無(wú)需鑄造結(jié)構(gòu)所需的出砂口，有可能將基礎(chǔ)件做成完全封閉的箱形結(jié)構(gòu)。另外，鋼板的彈性摸量 E 為 MPa ，而鑄鐵的彈性模量 E 僅 MPa ，兩者幾乎相差一倍， E= σ / ε ，在應(yīng)力 σ 相同時(shí)， E 大則產(chǎn)生的應(yīng)變 ε 小， E 的大小反映了材料抵抗彈性變形的能力。因此，在結(jié)構(gòu)相同時(shí)， E 值大的材料剛度則高。 表53 焊接床身與鑄造床身的剛度對(duì)比二、提高機(jī)床結(jié)構(gòu)的抗振性 機(jī)床的振動(dòng)會(huì)在被加工工件表面留下振紋，影響工件的表面質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)則使加工過(guò)程難以進(jìn)行下去。機(jī)床加工時(shí)可能產(chǎn)生兩種形式的振動(dòng)：強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)。機(jī)床的抗振性指的是抵抗這兩種振動(dòng)的能力。 強(qiáng)迫振動(dòng)是在各種動(dòng)態(tài)力 （ 如高速回轉(zhuǎn)零件的不平衡力、往復(fù)運(yùn)動(dòng)件的換向沖擊力、周期變化的切削力等 ） 作用下被迫產(chǎn)生的振動(dòng)。如果動(dòng)態(tài)力的頻率與機(jī)床某部件的固有頻率重合，則將發(fā)生共振。機(jī)床結(jié)構(gòu)抵抗強(qiáng)迫振動(dòng)的能力可以用動(dòng)剛度大小來(lái)表示。 自激振動(dòng)是在投有外加動(dòng)態(tài)力的情況下，由切削過(guò)程自身所激發(fā)的振動(dòng)。自激振動(dòng)的頻率接近或略高于機(jī)床主振型的低階固有頻率，振幅較大，對(duì)加工過(guò)程產(chǎn)生極為不利的影響。當(dāng)機(jī)床的剛度、刀具切削角度、工件與刀具材料、切削速度和進(jìn)給量都一定時(shí)，影響自激振動(dòng)的主要因素就是切削寬度 b ，因此，可以把不產(chǎn)生自激振動(dòng)的最大切削寬度，稱為臨界切削寬度 ，作為判斷機(jī)床切削穩(wěn)定性 （ 抵抗自激振動(dòng)的能力 ） 的指標(biāo)。 高速切削是產(chǎn)生動(dòng)態(tài)力的直接因素，強(qiáng)力切削也意味著切削寬度大。數(shù)控機(jī)床在追求高速度、高切削效率的同時(shí)，也埋下了容易產(chǎn)生受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)的根源。切削過(guò)程的自動(dòng)化又使得振動(dòng)難以由人工來(lái)控制和消除，數(shù)控機(jī)床只有靠自身機(jī)床結(jié)構(gòu)的高抗振性來(lái)減小和克服振動(dòng)對(duì)加工精度、加工過(guò)程的影響。 提高機(jī)床的抗振性，可以從提高靜剛度、固有頻率和增
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