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加工中心的床身结构的形式设计

时间:2019-10-18 16:46   作者:卧式加工中心 点击:
 
     提高机床结构的静刚度
 
       机床结构的静刚度是指在切削力和其他力的作用下,机床抵抗变形的能力。
 
       机床在加工过程中,受多种外力的作用,包括运动部件和工件的自重、切削力、驱动力、加减速时的惯性力、摩擦阻力等。机床的各部件在这些力的作用下将产生变形,如各基础件的弯曲和扭转变形,支承构件的局部变形,固定连接面和运动啮合面的接触变形等。这些变形都会直接或间接地引起刀具与工件之间产生相对位移,破坏刀具和工件原来所占有的正确位置,从而影响机床的加工精度和切削过程的特性,所以,提高机床的静刚度是机床结构设计的普遍要求。
 
       数控机床为获得高效率而具有的大功率和高速度,使它所承受的各种外力负载更加恶劣,而且加工过程的自动化也使得加工误差无法由人工干预来修正和补偿,所以,数控机床的变形对加工精度的影响会更为严重。为了保证数控机床在自动化、高效率的切削条件下获得稳定的高精度,其机械结构应具有更高的静刚度,有标准规定数控机床的刚度系数应比类似的普通机床高50%。
 
       1.合理设计基础件的截面形状和尺寸,采用合理的筋板结构
 
       机床在外力的作用下,各基础件将承受弯曲和扭转载荷,其弯曲和扭转变形的大小则取决于基础件的截面抗弯和抗扭惯性矩,抗弯、抗扭惯性矩大,变形则小,刚度就高。表5-1列出了在截面积相同(即重量相同)时,不同截面形状和尺寸的惯性矩。由表中数据可知:在形状和截面积相同时,减小壁厚,加大截面轮廓尺寸,可大大增加刚度;封闭截面的刚度远远高于不封闭截面的刚度;圆形截面的抗扭刚度高于方形截面,抗弯刚度则低于方形截面;矩形截面在尺寸大的方向具有很高的抗弯刚度。因此,通过合理设计截面形状和尺寸,可大大提高基础件的结构静刚度。
 
       卧式加工中心普遍采用的框式立柱结构。从正面看,立柱截面成封闭框形,轮廓尺寸大,从而保证以高扭转刚度承受切削扭矩产生的扭转载荷。从俯视截面看,两个立柱截面形状为矩形,矩形尺寸大的方向正是因切削力作用产生大的弯曲载荷的方向。因而这种结构具有很高的刚度。
 
       合理布置基础件的筋板可以提高静刚度,表5-2给出了立柱的几种不同筋板布置时的相对静刚度。从表中可知:纵向筋板能提高立柱的抗弯和抗扭刚度,提高抗扭刚度效果更为显著;对角线斜置筋板和对角线交叉筋板对提高立柱的刚度更为有效。
 
       由于该立柱承受弯扭组合载荷,故截面采用接近正方形的封闭外形,为了进一步提高抗弯、抗扭刚度,内部采用了斜方双层壁(相当于斜纵向筋板)和对角线交叉筋板。所以,这两种立柱都有很高的抗弯、抗扭刚度。
 
       2.采用合理的结构布局,改善机床的受力状态,提高机床的静刚度
 
       在切削力、自重等外力相同的情况下,如果能改善机床的受力状态,减小变形,则能达到提高刚度的目的。以机床主轴为例,在其他条件不变的情况下,缩短主轴前端的悬伸长度,可以减小主轴承受的弯矩,从而减小主轴前端的挠度,提高主轴的刚度。
 
       采用合理的机床结构布局,可以显著地改善机床的受力状况,提高机床的刚度。

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