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排列三开机号近十期:数控机床的刚度及提高数控机床刚度的措施

时间:2008/12/12 14:56:42     企业:   【字体:↑大 ↓小

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    机床的刚度是指在切削力和其他力作用下,抵抗变形能力。数控机床比普通机床要求具有更高的静刚度和动刚度,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%。

  机床在切削加工过程中,要承受各种外力的作用,承受的静态力有运动部件和被加工零件的自重,承受的动态力有:切削力、驱动力、加减速时引起的惯性力、摩擦阻力等?;驳慕峁共考谡庑┝ψ饔孟?,将产生变形,如固定连接表面或运动啮合表面的接触变形;各支承零件部的弯曲和扭转变形,以及某些支承件的局部变形等,这些变形都会直接或间接地引起刀具和工件之间的相对位移,从而导致工件的加工误差,或者影响机床切削过程的特性。

  由于加工状态的瞬时多变情况复杂,通常很难对结构刚度进行精确的理论计算。设计者只能对部分构件(如轴、丝杠等)用计算方法计算其刚度,而对床身、立柱、工作台和箱体等零件的弯曲和扭转变形,接合面的接触变形等,只能将其简化后进行近似计算,其计算结果往往与实际相差很大,故只能作为定性分析的参考。近年来,虽然在机床结构设计中采用有限元法进行分析计算,但是一般来讲,在设计时仍需要对模型、实物或类似的样机进行试验、分析和对比以确定合理的结构方案,尽管如此,遵循下列原则和措施,仍可以合理地提高机床的结构刚度。

  1.合理选择构件的结构形式

  (1)正确选择截面的形状和尺寸

  构件在承受弯曲和扭转载荷后,其变形大小取决于断面的抗弯和扭转惯性矩,抗弯和扭转惯性矩大的其刚度就高。表7-1列出了在断面积相同(即重力相同)时各断面形状的惯性矩。从表中的数据可知:形状相同的断面,当保持相同的截面积时,应减小壁厚、加大截面的轮廓尺寸,圆形截面的抗扭刚度比方形截面的大,抗弯刚度则比方形截面的??;封闭式截面的刚度比不封闭式截面的刚度大很多;壁上开孔将使刚度下降,在孔周加上凸缘可使抗弯刚度得到恢复。

  (2)合理选择及布置隔板和筋条

  合理布置支承件的隔板和筋条,可提高构件的静、动刚度。图7—1所示的几种立柱的结构,在内部布置有纵、横和对角筋板,对它们进行静、动刚度试验的结果列于表7—2中。其中以交叉筋板(序号5)的作用最好。

  对一些薄壁构件,为减小壁面的翘曲和构件截面的畸变,可以在壁板上设置图7—2所示的筋条,其中以蜂窝状加强筋较好,如图中(f)所示。它除了能提高构件刚度外,还能减小铸造时的收缩应力。

  (3)提高构件的局部刚度

  机床的导轨和支承件的联接部件,往往是局部刚度最弱的部分,但是联接方式对局部刚度的影响很大。图7—3给出了导轨和床身联接的几种形式,如果导轨的尺寸较宽时,应用双壁联接型式,如图中(d)、(e)、(f)。导轨较窄时,可用单壁或加厚的单壁联接,或者在单壁上增加垂直筋条以提高局部刚度。

  (4)选用焊接结构的构件

  机床的床身、立柱等支承件,采用钢板和型钢焊接而成,具有减小质量提高刚度的显著优点。钢的弹性模量约为铸铁的两倍,在形状和轮廓尺寸相同的前提下,如要求焊接件与铸件的刚度相同,则焊接件的壁厚只需铸件的一半;如果要求局部刚度相同,则因局部刚度与壁厚的三次方成正比,所以焊接件的壁厚只需铸件壁厚的80%左右。此外,无论是刚度相同以减轻质量,或者质量相同以提高刚度,都可以提高构件的谐振频率,使共振不易发生。用钢板焊接有可能将构件做成全封闭的箱形结构,从而有利于提高构件的刚度。

2.合理的结构布局可以提高刚度

  以卧式镗床或卧式加工中心为例进行分析,在图7-4所承的几种布局形式中,(a)、(b)、

  (c)三种方案的主轴箱是单面悬挂在立柱侧面,主轴箱的自重将使立柱产生弯曲变形;切削力将使立柱产生弯曲和扭转变形。这些变形将影响到加工精度。方案(d)的主轴箱中心位于立柱的对称面内,主轴箱的自重不再引起立柱的变形,相同的切削力所引起的立柱的弯曲和扭转变形均大为减小,这就相当子提高了机床的刚度。

  数控机床的拖板和工作台,由于结构尺寸的限制,厚度尺寸不能设计得太大,但是宽度或跨度又不能减小,因而刚度不足,为弥补这个缺陷,除主导轨外,在悬伸部位增设辅助导轨,可大大提高拖板和工作台的刚度。

  3.采取补偿构件变形的结构措施

  当能够测出着力点的相对变形的大小和方向,或者预知构件的变形规律时,便可以采,取相应的措施来补<


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