淺析數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)要求

1、數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)要求發(fā)布：2008-8-27 12:13| 作者：管理員| 查看：66次機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的主體部分。 來自于數(shù)控裝置的各種運(yùn)動和動作指令， 都必 須由機(jī)床本體轉(zhuǎn)換成真實的、準(zhǔn)確的機(jī)械運(yùn)動和動作，才能實現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的功能， 并保證數(shù)控機(jī)床的性能要求。數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體由下列各部分組成：(1) 主傳動系統(tǒng)，其功用是實現(xiàn)主運(yùn)動(2) 進(jìn)給系統(tǒng)，其功用是實現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(3) 機(jī)床基礎(chǔ)件，通常指床身、底座、立柱、滑座、工作臺等。其功用是支承機(jī) 床本體的零、部件，并保證這些零、部件在切削加工過程中占有的準(zhǔn)確位置。實現(xiàn)某些部件動作和某些輔助功能的裝置，如液壓、氣動、潤滑、冷卻以及 防護(hù)、排屑等裝

2、置。 實現(xiàn)工件回轉(zhuǎn)、分度定位的裝置和附件，如回轉(zhuǎn)工作臺(6) 刀庫、刀架和自動換刀裝置 (ATC)。(7) 自動托盤交換裝置(APC)。(8) 特殊功能裝置，如刀具破損檢測、精度檢測和監(jiān)控裝置等。其中，機(jī)床基礎(chǔ)件、主傳動系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)以及液壓、潤滑、冷卻等輔助裝置是 構(gòu)成數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體的基本部件，其他部件則按數(shù)控機(jī)床的功能和需要選 用。盡管數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體的基本構(gòu)成與傳統(tǒng)的機(jī)床十分相似，但由于數(shù)控機(jī)床在功能和性能上的要求與傳統(tǒng)機(jī)床存在著巨大的差距，所以數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本 體在總體布局、結(jié)構(gòu)、性能上與傳統(tǒng)機(jī)床有許多明顯的差異， 出現(xiàn)了許多適應(yīng)數(shù) 控機(jī)床功能特點的完全新穎的機(jī)械結(jié)構(gòu)和部件。數(shù)控

3、機(jī)床是一種高精度、高效率的自動化加工設(shè)備。盡管數(shù)控機(jī)床價格昂貴，一 次性投資巨大，但仍然為機(jī)械制造廠家所普遍采用并取得很好的經(jīng)濟(jì)效益，其原因在于數(shù)控機(jī)床能自動化地，高精度、高質(zhì)量、高效率地解決中、小批量的加工 問題。數(shù)控技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展及在機(jī)床上的應(yīng)用， 為數(shù)控機(jī)床的自動化、 高精度、高效率提供了可能性，但要將可能性變成現(xiàn)實，則必須要求數(shù)控機(jī)床的 機(jī)械結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的特性才能保證。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)動的平穩(wěn)性及運(yùn)動時的摩擦特性、幾何精度、傳動精度等。、提高機(jī)床結(jié)構(gòu)的靜剛度機(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)床抵抗變形的能力機(jī)床在加工過程中，受

4、多種外力的作用，包括運(yùn)動部件和工件的自重、切削力、 驅(qū)動力、加減速時的慣性力、摩擦阻力等。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)動嚙合面的接觸變形等。這些變形都會直接或間接地引起刀具與工件之間產(chǎn) 生相對位移，破壞刀具和工件原來所占有的正確位置， 從而影響機(jī)床的加工精度 和切削過程的特性，所以，提高機(jī)床的靜剛度是機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計的普遍要求。數(shù)控機(jī)床為獲得高效率而具有的大功率和高速度，使它所承受的各種外力負(fù)載更加惡 劣，而且加工過程的自動化也使得加工誤差無法由人工干預(yù)來修正和補(bǔ)償，所以，數(shù)控機(jī)床的變形對加工精度的影響會更為嚴(yán)重。

5、為了保證數(shù)控機(jī)床在自動化、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)比類似的普通機(jī)床高 50 %。1 合理設(shè)計基礎(chǔ)件的截面形狀和尺寸，采用合理的筋板結(jié)構(gòu)機(jī)床在外力的作用 下，各基礎(chǔ)件將 承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，其彎曲和扭轉(zhuǎn)變形的 大小則取決于基礎(chǔ)件的截面抗彎 和抗扭慣性矩，抗彎、抗扭慣性矩大，變形 則小，剛度就高。表5-1列出了在截面 積相同（即重量相同）時，不同截面 形狀和尺寸的慣性矩。由表中數(shù)據(jù)可知：在形狀和截面積相同時，減小壁厚，加 大截面輪廓尺寸，可大大增加剛度；封閉截面的剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于不封閉截面的剛度； 圓形截面的抗扭剛度高于方形截

6、面， 抗彎剛度則低于方形截面；矩形截面在尺寸 大的方向具有很高的抗彎剛度。因此，通過合理設(shè)計截面形狀和尺寸，可大大提 高基礎(chǔ)件的結(jié)構(gòu)靜剛度。圖5-1所示為 日本森精機(jī)SL系列數(shù)控車床的床身截面，床身導(dǎo)軌傾斜布置， 改善了排屑條件，同時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。這種傾斜布置的結(jié)構(gòu)為數(shù)控車 床所普遍采用。A 5-14(1)05.01常203 02II5C*104IM0ffttw杭醫(yī)HMI .1433J34.17tJOO0曲3M0Fl?6H1)6二 J圖5-2所示為臥式加工中心普遍采用的框式立柱結(jié)構(gòu)。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。從俯視截面看，兩個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。因而這種結(jié)構(gòu)具有很高的剛度。t合理布置基礎(chǔ)件的筋板可以提高靜剛度，表 5-2給出了立柱的幾種不