主題2單元1(2)數(shù)控機(jī)床對機(jī)械結(jié)構(gòu)的基本要求

具有較高的靜、動(dòng)剛度和良好抗震性機(jī)床的剛度反映了機(jī)床機(jī)構(gòu)抵抗變形的能力。機(jī)床變形產(chǎn)生的誤差，通常很難通過調(diào)整和補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ枰詮氐椎慕鉀Q。為了滿足數(shù)控機(jī)床高效、高精度、高可靠性以及自動(dòng)化的要求，與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床應(yīng)具有更高的靜剛度。此外，為了充分發(fā)揮機(jī)床的效率，加大切削用量，還必須提高機(jī)床的抗震性，避免切削時(shí)產(chǎn)生的共振和顫振。而提高機(jī)構(gòu)的動(dòng)剛度是提高機(jī)床抗震性的基本途徑。三、數(shù)控機(jī)床對機(jī)械結(jié)構(gòu)的基本要求具有較好的熱穩(wěn)定性

機(jī)床的熱變性是影響機(jī)床加工精度的主要因素之一。由于數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速、快速進(jìn)給都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通機(jī)床，機(jī)床又長時(shí)間處于連續(xù)工作狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)、絲杠、軸承、導(dǎo)軌的發(fā)熱都比較嚴(yán)重，加上高速切削產(chǎn)生的切屑的影響，使得數(shù)控機(jī)床的熱變性影響比普通機(jī)床要嚴(yán)重得多。雖然在先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)具有熱變性補(bǔ)償功能，但是它并不能完全消除熱變性對于加工精度的影響，在數(shù)控機(jī)床上還應(yīng)采取必要的措施，盡可能減小機(jī)床的熱變性。具有較高的運(yùn)動(dòng)精度和良好的低速穩(wěn)定性

利用伺服系統(tǒng)代替普通機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的主要特點(diǎn)。伺服系統(tǒng)最小的移動(dòng)量（脈沖當(dāng)量），一般只有0.001mm，甚至更?。蛔畹瓦M(jìn)給速度，一般只有1mm/min，甚至更低。這就要求進(jìn)給系統(tǒng)具有較高的運(yùn)動(dòng)精度，良好的跟蹤性能和低速穩(wěn)定性，才能對數(shù)控系統(tǒng)的位置指令做出準(zhǔn)確的響應(yīng)，從而得到要求的定位精度。傳動(dòng)裝置的間隙直接影響著機(jī)床的定位精度，雖然在數(shù)控系統(tǒng)中可以通過間隙補(bǔ)償、單向定位等措施減小這一影響，但不能完全消除。特別是對于非均勻間隙，必須機(jī)械消除間隙措施，才能得到較好的解決。具有良好的操作、安全防護(hù)性能方便、舒適的操作性能，是操作者普遍關(guān)心的問題。在大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床上，刀具和工件的裝卸、刀具和夾具的調(diào)整、還需要操作者完成，機(jī)床的維修更離不開人，而且由于加工效率的提高，數(shù)控機(jī)床的工件裝卸可能比普通機(jī)床更加頻繁，因此良好的操作性能是數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)必須的問題。數(shù)控機(jī)床是一種高度自動(dòng)化的加工設(shè)備，動(dòng)作復(fù)雜，高速運(yùn)動(dòng)部件較多，對機(jī)床動(dòng)作互鎖、安全防護(hù)性能的要求也比普通機(jī)床要高很多。同時(shí)，數(shù)控機(jī)床一般都有高壓、大流量的冷卻系統(tǒng)，為了防止切屑、冷卻液的飛濺，數(shù)控機(jī)床通常都應(yīng)采用封閉和半封閉的防護(hù)形式，增加防護(hù)性能。

四、提高數(shù)控機(jī)床性能的措施1、合理選擇數(shù)控機(jī)床的總體布局

機(jī)床的總體布局直接影響到機(jī)床的結(jié)構(gòu)和性能。合理選擇機(jī)床布局，不但可以使機(jī)械結(jié)構(gòu)更簡單、合理、經(jīng)濟(jì)，而且能提高機(jī)床剛度、改善機(jī)床受力情況，提高熱穩(wěn)定性和操作性能，使機(jī)床滿足數(shù)控化的要求。工作臺(tái)與銑頭完成進(jìn)給多刀加工

數(shù)控銑床四種布局方案適應(yīng)的工件重量、尺寸卻不同。（a）適應(yīng)較輕工件；（b）適應(yīng)較大尺寸工件；（c）適應(yīng)較重工件；（d）適應(yīng)更重更大工件。

1）數(shù)控機(jī)床布局特點(diǎn)（1）不同布局適應(yīng)不同的工件形狀、尺寸及重量2）不同布局有不同的運(yùn)動(dòng)分配及工藝范圍

數(shù)控鏜銑床的三種布局方案中：（a）主軸立式布置，上下運(yùn)

動(dòng)，對工件頂面進(jìn)行加工；（b）主軸臥式布置，加工工

作臺(tái)上分度工作臺(tái)的配

合，可加工工件多個(gè)側(cè)面；

（c）在（b）基礎(chǔ)上再增加一

個(gè)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)，可完成工件

上更多內(nèi)容的加工。

3）不同布局有不同的機(jī)床結(jié)構(gòu)性能數(shù)控臥式鏜銑床中，（a）、（b）為T形床身布局，工作臺(tái)支承于床身，剛度好，工作臺(tái)承載能力強(qiáng)；4）不同布局影響機(jī)床操作方便程度（b）為傾斜床身-傾斜滑板，排屑亦較方便，中小規(guī)格的數(shù)控車床其床身的傾斜度以60°，大型的數(shù)控車床采用75°（c）水平床身-傾斜滑板，具有水平床身工藝性好，寬度方向的尺寸小，且排屑方便，是臥式數(shù)控車床的最佳布局形式。2、提高結(jié)構(gòu)件的剛度抗振性能

結(jié)構(gòu)的剛度直接影響機(jī)床的精度和動(dòng)態(tài)性能。機(jī)床的剛度主要決定于組成機(jī)械系統(tǒng)的部件質(zhì)量、剛度、阻尼、固有頻率以及負(fù)載激振頻率等。提高機(jī)床結(jié)構(gòu)剛度主要措施有：改善機(jī)械部分構(gòu)件；利用平衡機(jī)構(gòu)補(bǔ)償部件變性；改善并構(gòu)件間的連接形式；縮短傳動(dòng)鏈，適當(dāng)加大傳動(dòng)軸，對軸承和滾珠絲杠等傳動(dòng)部件進(jìn)行預(yù)緊等等。1）提高剛度的措施：立柱結(jié)構(gòu)措施1支承件截面形狀盡量選用抗彎的方截面和抗扭的圓截面或采用封閉型床身封閉整體箱形結(jié)構(gòu)措施2合理布置支承件隔板的筋條

隔板的作用是將作用于支承板的局部載荷傳遞給其它壁板,從而使整個(gè)支承件承受載荷,提高支承件的自身剛度“T”形隔板連接，主要提高水平面抗彎剛度，對提高垂直面抗彎剛度和抗扭剛度不顯著，多用在剛度要求不高的床身上1）提高剛度的措施：“W”形隔板，能較大地提高水平面上的抗彎抗扭剛度，對中心距超過1500mm的長床身，效果最為顯著1）提高剛度的措施：1）提高剛度的措施：“”形隔板，在垂直面和水平面上的抗彎剛度都比較高，鑄造性能好，在大中型車床上應(yīng)用較多。1）提高剛度的措施：斜向拉筋，床身剛度最高，排屑容易1）提高剛度的措施：措施3增加導(dǎo)軌與支承件的連接部分的剛度連接剛度:支承件在連接處抵抗變形的能力,稱為支承件的連接剛度。措施4增加機(jī)床各部件的接觸剛度和承載能力采用刮研的方法增加單位面積上的接觸點(diǎn)在結(jié)合面之間施加足夠大的預(yù)加載荷,增加接觸面積。1）提高剛度的措施：1）提高剛度的措施：措施5合理選用構(gòu)件的材料床身、立柱等支承件采用鋼板或型鋼焊接

——增加剛度、減輕重量、提高抗振性鑄件:容易獲得復(fù)雜結(jié)構(gòu)的支承件,鑄鐵的內(nèi)摩擦力大,阻尼系數(shù)大,振動(dòng)的衰減性能好,成本低.鑄件的周期較長,需做木型模,易產(chǎn)生縮孔、氣泡等缺陷。焊接件:鋼材的強(qiáng)度比鑄鐵高，質(zhì)量可比鑄件減輕20%-50%，不需要木模和澆注，生產(chǎn)周期短，不易出現(xiàn)廢品。2）提高機(jī)床抗振性

高速轉(zhuǎn)動(dòng)零部件的動(dòng)態(tài)不平衡力與切削產(chǎn)生的振動(dòng)，是引起機(jī)床振動(dòng)的主要原因。提高數(shù)控機(jī)床抗振性的主要措施有：對機(jī)床高速轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)部件，特別是主軸部件進(jìn)行動(dòng)平衡，對傳動(dòng)部件進(jìn)行消隙處理，減少機(jī)床激振力；提高機(jī)械部件的靜態(tài)剛度和固有頻率，避免共振，在機(jī)床結(jié)構(gòu)大件中充填阻尼材料，在大件表面噴涂阻尼涂層抑制振動(dòng)等。2）提高抗振性措施措施1采用封砂床身結(jié)構(gòu)底座內(nèi)所充填的混凝土的內(nèi)摩擦阻尼較高，再配以封砂的床身，使機(jī)床有較高的抗振性。措施2采用混凝土、樹脂混凝土或人造花崗巖(AG)作支承件的材料人造大理石床身（混凝土聚合物）2）提高抗振性措施天然大理石床身2）提高抗振性措施3、減少機(jī)床的熱變形

引起機(jī)床熱變形的主要原因是機(jī)床內(nèi)部熱源發(fā)熱，摩擦以及切削產(chǎn)生的發(fā)熱。減少機(jī)床熱變形的措施主要有：采用伺服電動(dòng)機(jī)和主軸電動(dòng)機(jī)、變量泵等低能耗執(zhí)行元件，減少熱量的產(chǎn)生；簡化傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，減少傳動(dòng)齒輪、傳動(dòng)軸，采用低摩擦系數(shù)的導(dǎo)軌和軸承，減少摩擦發(fā)熱；改善散熱條件、增加隔熱措施、對發(fā)熱部件（如：電柜、絲桿、油箱等）進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，吸收熱量，避免溫升；采用對稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使部件均勻受熱；對切削部分采用高壓、大流量冷卻系統(tǒng)冷卻等等。措施1將熱源置于易散熱的位置3、減少機(jī)床的熱變形措施2采用滾動(dòng)導(dǎo)軌或靜壓導(dǎo)軌來減少摩擦副之間的摩擦3、減少機(jī)床的熱變形主軸措施3對機(jī)床熱源進(jìn)行強(qiáng)制冷卻冷卻風(fēng)管3、減少機(jī)床的熱變形

這種結(jié)構(gòu)相對熱源是對稱的。這樣在產(chǎn)生熱變形時(shí)，可保證工件或刀具回轉(zhuǎn)中心對稱線的位置不變，從而減小熱變形對加工精度的影響。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)，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。措施4采用對稱原則設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)3、減少機(jī)床的熱變形措施5使機(jī)床主軸的熱變形發(fā)生在刀具切入的垂直方向上3、減少機(jī)床的熱變形措施6采用排屑系統(tǒng)隨時(shí)將切屑排到機(jī)床外3、減少機(jī)床的熱變形措施7