數(shù)控車(chē)床機(jī)械部分分析-wenkub
2023-07-02 07:14:51 本頁(yè)面
【正文】 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55 該床身為整體式結(jié)構(gòu)，截面為封閉箱形結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)剛度很高。 立柱橫截面（a）XK716 型立式加工中心；從表中可知：A縱向筋板能提高立柱的抗彎和抗扭剛度，提高抗扭剛度效果更為顯著；B對(duì)角線斜置筋板和對(duì)角線交叉筋板對(duì)提高立柱的剛度更為有效。從正面看，立柱截面成封閉框形，輪廓尺寸大，從而保證以高扭轉(zhuǎn)剛度承受切削扭矩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)載荷。表 51 列出了在截面 積相同 （ 即重量相同 ） 時(shí)，不同截面形狀和尺寸的慣性矩。為了保證數(shù)控機(jī)床在自動(dòng)化、高效率的切削條件下獲得穩(wěn)定的高精度，其機(jī)械結(jié)構(gòu)應(yīng)具有更高的靜剛度，有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定數(shù)控機(jī)床的剛度系數(shù)應(yīng)比類(lèi)似的普通機(jī)床高 50 ％。 機(jī)床在加工過(guò)程中，受多種外力的作用，包括運(yùn)動(dòng)部件和工件的自重、切削力、驅(qū)動(dòng)力、加減速時(shí)的慣性力、摩擦阻力等。 機(jī)床結(jié)構(gòu)的靜剛度是指在切削力和其他力的作用下，機(jī)床抵抗變形的能力。這些特性包括結(jié)構(gòu)的靜剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性、低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性及運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦特性、幾何精度、傳動(dòng)精度等。數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)分析：數(shù)控機(jī)床是一種高精度、高效率的自動(dòng)化加工設(shè)備。 一、提高機(jī)床結(jié)構(gòu)的靜剛度 機(jī)床的各部件在這些力的作用下將產(chǎn)生變形，如 各基礎(chǔ) 件的彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，支承構(gòu)件的局部變形，固定連接面和運(yùn)動(dòng)嚙合面的接觸變形等。 1 ．合理設(shè)計(jì)基礎(chǔ)件的截面形狀和尺寸，采用合理的筋板結(jié)構(gòu)由表中數(shù)據(jù)可知：A在形狀和截面積相同時(shí)，減小壁厚，加大截面輪廓尺寸，可大大增加剛度；B封閉截面的剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于不封閉截面的剛度；C圓形截面的抗扭剛度高于方形截面，抗彎剛度則低于方形截面；D矩形截面在尺寸大的方向具有很高的抗彎剛度。 圖51 所示為 日本森精機(jī) SL 系列數(shù)控車(chē)床的床身截面，床身導(dǎo)軌傾斜布置，改善了排屑條件，同時(shí)截面形狀采用封閉式箱體結(jié)構(gòu)，從而加大了床身截面的外輪廓尺寸，使該床身具有很高的抗彎、抗扭剛度。從俯視截面看，兩個(gè)立柱截面形狀為矩形，矩形尺寸大的方向正是因切削力作用產(chǎn)生大的彎曲載荷的方向。表52 圖53 所示為兩種立式加工中心立柱的橫截面圖。為了加強(qiáng)導(dǎo)軌連接的局部剛度，采用兩條成 Y 形的斜筋支撐導(dǎo)軌。 車(chē)床床身布局設(shè)床身截面積和慣性矩及其所受切削力 P 相等，對(duì)傳統(tǒng)車(chē)床，床身水平布局，床身所受扭矩為 ： （51）對(duì)數(shù)控車(chē)床，床身傾斜布局，設(shè)傾角為 β ，床身所受扭矩為 ：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）） 。 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。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。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。因此，在結(jié)構(gòu)相同時(shí)， E 值大的材料剛度則高。 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。 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。（ 其中， K 為靜剛度， m 為結(jié)構(gòu)質(zhì)量 ） ，所以在提高靜剛度時(shí)，能相對(duì)減小結(jié)構(gòu)件的重量，即提高單位重量的剛度，則能提高固有頻率。 兩種車(chē)床床身的動(dòng)態(tài)特性比較圖58 所示為兩種車(chē)床床身結(jié)構(gòu)及動(dòng)態(tài)特性的對(duì)比，充填泥芯的 床身阻尼顯著增加。 3 ．采用新材料制造基礎(chǔ)件 德國(guó)布格哈特—韋貝爾 （BURKHARUTamp。 三、減小機(jī)床的熱變形 熱膨脹是各種金屬和非金屬材料的固有特性。由于熱源分布不均勻，各熱源產(chǎn)生的熱量不等，零部件各處質(zhì)量不均勻，形成機(jī)床各部位溫升不一致，從而產(chǎn)生不均勻的溫度場(chǎng)和不均勻的熱膨脹變形，以致破壞刀具與工件的正確相對(duì)位置，影響加工精度。 數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn) 給速度 遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)機(jī)床，并且大切削用量產(chǎn)生的熾熱切屑也多，故發(fā)熱遠(yuǎn)較傳統(tǒng)機(jī)床嚴(yán)重，而熱變形對(duì)加工精度的影響往往難以由操作者修正，因此對(duì)如何減小機(jī)床的熱變形應(yīng)予以特別重視。 1 ．改進(jìn)機(jī)床布局和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 最典型的實(shí)例是許多臥式加工中心所采用的框式雙立柱結(jié)構(gòu)，主軸箱嵌入框式立柱內(nèi) （ 見(jiàn)圖 59） ，且以立柱左、右導(dǎo)軌兩內(nèi)側(cè)定位，在熱變形時(shí)，主軸中心在水平方向的位置保持不變，從而減小了熱變形的影響。 數(shù)控機(jī)床中的滾珠絲杠是在預(yù)加載荷大、轉(zhuǎn)速高、散熱差的條件下工作的，容易發(fā)熱，滾珠絲杠的熱伸長(zhǎng)直接影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度。圖 510 所示的數(shù)控車(chē)床采用的斜床身、平床身和斜滑板結(jié)構(gòu)，配置傾斜的防護(hù)罩和自動(dòng)排屑裝置，就是這一措施的典型例子。 2 ．控制溫升
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