数控机床的结构要求

构要求数控机床的结构要求发布:2008-8-2712:13|作者:管理员|查看:66次感谢阅读感谢阅读感谢阅读并保证数控机床的性能要求。数控机床的机床本体由下列各部分组成：(1)主传动系统，其功用是实现主运动。(2)进给系统，其功用是实现进给运动。(3)谢谢阅读床本体的零、部件，并保证这些零、部件在切削加工过程中占有的准确位置。精品文档放心下载(4)精品文档放心下载防护、排屑等装置。(5)实现工件回转、分度定位的装置和附件，如回转工作台。精品文档放心下载(6)刀库、刀架和自动换刀装置(ATC)。(7)自动托盘交换装置(APC)。(8)特殊功能装置，如刀具破损检测、精度检测和监控装置等。谢谢阅读谢谢阅读精品文档放心下载精品文档放心下载精品文档放心下载精品文档放心下载床功能特点的完全新颖的机械结构和部件。感谢阅读感谢阅读精品文档放心下载精品文档放心下载谢谢阅读精品文档放心下载定性、低速运动的平稳性及运动时的摩擦特性、几何精度、传动精度等。精品文档放心下载一、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。谢谢阅读机床在加工过程中，受多种外力的作用，包括运动部件和工件的自重、切削力、感谢阅读下将产感谢阅读生变形，如各基础件的弯曲和扭转变形，支承构件的局部变形，固定连接面谢谢阅读精品文档放心下载感谢阅读谢谢阅读谢谢阅读谢谢阅读感谢阅读效率的切削条件下精品文档放心下载规定数控机床的刚度系数应比类似的普通机床高50％。谢谢阅读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精品文档放心下载机床在外力的作用下，各基础件将谢谢阅读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，变形谢谢阅读5-1列出了在截面积相同(即重量相同)精品文档放心下载谢谢阅读感谢阅读感谢阅读谢谢阅读高基础件的结构静刚度。图5-1所示为日本森精机SL系列数控车床的床身截面，床身导轨倾斜布置，谢谢阅读谢谢阅读精品文档放心下载床所普遍采用。图5-2所示为卧式加工中心普遍采用的框式立柱结构。从正面看，立柱截面成感谢阅读封闭框形，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。谢谢阅读谢谢阅读产生大的弯曲载荷的方向。因而这种结构具有很高的刚度。谢谢阅读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谢谢阅读精品文档放心下载精品文档放心下载为有效。表5-2不同筋板布置时立柱的静刚度对比图5-3所示为两种立式加工中心立柱的横截面图。由于该立柱承受弯扭组合载精品文档放心下载精品文档放心下载采用了斜方双层壁(相当于斜纵向筋板)感谢阅读都有很高的抗弯、抗扭刚度。(a)XK-716型立式加工中心；(b)STAMAMCll8型立式加工中心谢谢阅读图5-3立柱横截面合理布置筋板还可提高基础件的局部刚度，图5-4所示为日本三井精机HS6A感谢阅读感谢阅读闭箱形结构，整体结构刚度很高。为了加强导轨连接的局部刚度，采用两条成谢谢阅读Y形的斜筋支撑导轨。图5-4三井精机HS6A型加工中心的床身结构感谢阅读2．采用合理的结构布局，改善机床的受力状态，提高机床的静刚度感谢阅读在切削力、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，谢谢阅读下感谢阅读谢谢阅读主轴的刚度。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。感谢阅读图5-5所示为传统的车床床身布局(见图5-5(a))与数控车床床身布局(见精品文档放心下载图5-5(b))的受力状况的分析比较。图5-5车床床身布局设床身截面积和惯性矩及其所受切削力P相等，对传统车床，床身水平布局，感谢阅读床身所受扭矩为：(5-1)对数控车床，床身倾斜布局，设倾角为β，床身所受扭矩为：(5-2)谢谢阅读比较式(5-1)和式(5-2)精品文档放心下载要比采用水平布局的传统车床床身的要小，因而机床的刚度得到了提高。谢谢阅读图5-6所示为传统的卧式镗铣床的结构布局和卧式加工中心(卧式自动换刀谢谢阅读数控镗铣床)的结构布局的比较。传统的卧式镗铣床精品文档放心下载感谢阅读的对称面内，立柱则不再承受由主轴箱自重产生的弯矩和由切削力产生的扭矩，感谢阅读从而改善了立柱的受力状况，减小了立柱的弯曲、扭转变形，提高了刚度。感谢阅读图5-6卧式镗铣床与卧式加工中心的结构布局比较3．补偿有关零、部件的静力变形在外力的作用下谢谢阅读谢谢阅读精品文档放心下载形。如图5-7所示的大型龙门铣床，当主轴部件移到横梁中部时，横梁的弯曲变形谢谢阅读(下凹)最大。为此可将横梁导轨加工成中部凸起的抛物线形，或者通过在横感谢阅读梁精品文档放心下载偿主轴箱移动到横梁中部时引起的弯曲变形(图5-7(a))。谢谢阅读精品文档放心下载直接作用于横梁上的自重，从而减小横梁因主轴箱自重引起的弯曲变形(图感谢阅读5-7(b))。4．提高机床各部件的接触刚度在机床各部件的固定连接面和运动副的结合面之间，总会存在宏观和微观不平，感谢阅读两个面之间真正接触的只是一些高点，实际接触面积小于两接触表面的面积(谢谢阅读名义接触面积)，因此，在承载时，作用于这些接触点的压强要比平均压强大感谢阅读得多，从而产生接触变形。平均压强p与变形δ之比称为接触刚度，即感谢阅读(5-3)谢谢阅读接触变形就会大大降低机床的整体刚度，对加工精度产生非常不利的影响。谢谢阅读图5-7横梁弯曲变形补偿谢谢阅读谢谢阅读研谢谢阅读增加导轨副结合面的实际接触面积，提高接触刚度。又如采用滚动轴承作为支谢谢阅读承的主轴部件，都要设计预紧结构调整轴承间隙，使轴承在有预加载荷的条件谢谢阅读下精品文档放心下载提高接触刚度的目的。采用螺纹紧固的固定连接面，合理布置一定数量的螺栓，谢谢阅读精品文档放心下载常采用的措施。5．采用钢板焊接结构感谢阅读感谢阅读到有一定批量的中型机床。表5-3列出了Star-Turn1200型数控车床焊接床身和铸造床身的刚度的对比谢谢阅读精品文档放心下载谢谢阅读精品文档放心下载感谢阅读板的弹性摸量E为MPa，而铸铁的弹性模量E仅MPa，两者几乎相差一倍，谢谢阅读E=σ/ε，在应力σ相同时，E大则产生的应变ε小，E的大小反映精品文档放心下载了材料抵抗弹性变形的能力。因此，在结构相同时，E值大的材料刚度则高。精品文档放心下载表5-3焊接床身与铸造床身的刚度对比二、提高机床结构的抗振性机床的振动会在被加工工件表面留下谢谢阅读谢谢阅读动。机床的抗振性指的是抵抗这两种振动的能力。强迫振动是在各种动态力(如高速回转零件的不平衡力、往复运动件的换向冲精品文档放心下载击力、周期变化的切削力等)作用下被迫产生的振动。如果动态力的频率与机感谢阅读谢谢阅读动刚度大小来表示。自激振动是在投有外加动态力的情况下精品文档放心下载精品文档放心下载谢谢阅读进给量都一定时，影响自激振动的主要因素就是切削宽度b，因此，可以把不谢谢阅读产生自激振动的最大切削宽度，称为临界切削宽度，作为判断机床切削稳定性精品文档放心下载(抵抗自激振动的能力)的指标。谢谢阅读下了容易产生受迫振动和自激振动的根源。精品文档放心下载谢谢阅读床结构的高抗振性来减小和克服振动对加工精度、加工过程的影响。精品文档放心下载精品文档放心下载高静刚度的措施已在前面有详细的介绍。因为固有频率(其中，K为静刚度，感谢阅读m为结构质量)，所以在提高静刚度时，能相对减小结构件的重量，即提高单精品文档放心下载谢谢阅读谢谢阅读机床在增加阻尼方面采取的措施。1．基础件内腔充填泥芯、混凝土等阻尼材料图5-8两种车床床身的动态特性比较精品文档放心下载提高结构的阻尼特性。图5-8所示为两种车床床身结构及动态特性的对比，充精品文档放心下载填泥芯的床身阻尼显著增加。图5-9所示为DNE480L型数控车床的底座和感谢阅读床身结构，底座内所充填的混凝土的内摩擦阻尼较高，再配以封砂的床身，使谢谢阅读机床有较高的抗振性。2．表面采用阻尼涂层精品文档放心下载()谢谢阅读谢谢阅读尼比，其阻尼比ξ值可达0.05~0.1。这种措施常用于钢板焊接的结构。感谢阅读3．采用新材料制造基础件最近10谢谢阅读德国布格哈特—韦贝尔(BURKHARUT&WEBER)公司为HYOP80NCW型加工中心精品文档放心下载制成了丙烯酸树脂混凝土床身，其动刚度比铸铁件的高6倍。瑞士的精密磨床谢谢阅读生产厂家斯图德(STUDER)公司制成了S40和S50系列数控外圆磨床的树感谢阅读脂混凝土床身，具有刚度高、抗振性好、耐化学腐蚀和耐热的特点。感谢阅读4．充分利用接合面间的阻尼在焊接结构上，壁板和筋板之间采用间断焊接(即焊一段，空一段，再焊一精品文档放心下载段)，空的那一段振动时互相摩擦，可消耗振动能量，从而获得良好的阻尼特感谢阅读性。三、减小机床的热变形谢谢阅读感谢阅读感谢阅读感谢阅读精品文档放心下载谢谢阅读置，影响加工精度。给速度感谢阅读谢谢阅读作者修正，因此对如何减小机床的热变形应予以特别重视。精品文档放心下载1．改进机床布局和结构设计(1)采用热对称结构感谢阅读谢谢阅读式加工中心所采用的框式双立柱结构，主轴箱嵌入框式立柱内(见图5-9)，精品文档放心下载感谢阅读不变，从而减小了热变形的影响。(2)采用预拉伸的滚珠丝杠结构下感谢阅读感谢阅读感谢阅读谢谢阅读应力补偿了热应力，从而减小热伸长。(3)在机床布局时，尽量减少内部热源谢谢阅读谢谢阅读谢谢阅读感谢阅读上设置隔热防护罩，使数控技术5-10谢谢阅读滑板结构，配置倾斜的防护罩和自动排屑装置，就是这一措施的典型例子。谢谢阅读(a)斜床身；(b)平床身和斜滑板图5-10数控车床的床身及滑板结构2．控制温升精品文档放心下载感谢阅读谢谢阅读然后将润滑油送至摩擦副润滑或将冷却液送至切削部位冷却。精品文档放心下载3．热变形补偿感谢阅读装置已在国外产品上作为商品供货，图5-11所示为日本大阪机的热变形自动感谢阅读补偿修正装置。四、改善运动导轨副的摩擦特性精品文档放心下载精品文档放心下载振动，低速进下感谢阅读感谢阅读感谢阅读轨和静压导轨。(一)塑料滑动导轨数控机床采用的塑料滑动导轨有铸铁-塑料滑动导轨和镶钢-塑料滑动导轨。精品文档放心下载塑料滑动导轨常用在导轨副的运动导轨上，与之相配的金属导轨为铸铁或钢质。谢谢阅读铸铁牌号为HT300，表面淬硬至HRC45~50，表面粗糙度磨削至精品文档放心下载0.20~0.1050HRC58~62精品文档放心下载的塑料常用聚四氟乙烯导轨软带和环氧型耐磨导轨涂层两类。谢谢阅读(a)轴向补偿；(b)立柱热平衡补偿图5-11热变形自动补偿装置1．聚四氟乙烯导轨软带谢谢阅读充剂混合烧结，并做成软带状。这种软带有以下特点：(1)摩擦特性好图5-12为广州机床研究所对三种不同摩擦副试验测得的摩擦速度曲线，图中感谢阅读Turcite-B和TSF分别是美国霞板(SHAMBAN)公司和广州机床研究所生产的感谢阅读谢谢阅读谢谢阅读止导轨低速爬行，使运行平稳和获得高的定位精度。图5-12摩擦-速度曲线1一铸铁-铸铁(机油)；2—Turcite-B-铸铁(干摩擦)；精品文档放心下载3—Turcite-B-铸铁(机油)；4—TSF-铸铁(干摩擦)；感谢阅读5—TSF-铸铁(机油)(2)耐磨性好感谢阅读感谢阅读不致损伤金属导轨面和软带本身，可延长导轨副的使用寿命。谢谢阅读(3)减振性好精品文档放心下载(4)工艺性好可降低对待粘贴塑料的金属基体的硬度和表面质量要求，而且塑料易于加工(精品文档放心下载铣、刨、磨、刮)，使导轨副接触面获得优良的表面质量。谢谢阅读导轨软带的使用工艺简单。首先，将导轨粘贴面加工至表面粗糙度为3.2~1.6精品文档放心下载的表面，为了对软带起定位作用，导轨粘贴面应加工成0.5~1.0mm深的凹槽，感谢阅读如图5-13精品文档放心下载合，加压初固化1~2小时后再合拢到配对的固定导轨或专用夹具上，施以一定谢谢阅读下固化24下感谢阅读于这类导轨软带采用粘贴方法，故习惯上称为“贴塑导轨”。精品文档放心下载图5-13软带导轨的粘接2．环氧型耐磨导轨涂层谢谢阅读谢谢阅读谢谢阅读谢谢阅读调整好固定导轨和运动导轨间的相关位置精度后注入涂料，这样可节省许多加谢谢阅读工工时，故它特别适用于重型机床和不能用导轨软带的复杂配合型面。精品文档放心下载耐磨导轨涂层的使用工艺也很简单。首先，将导轨涂层表面粗刨或粗铣成如图谢谢阅读5-14所示图5-14注塑导轨1—滑座；2—胶条；3—注塑层的粗糙表面，以保证有良好的粘附力。然后，与塑料导轨相配的金属导轨面(精品文档放心下载或模具)用溶剂清洗后涂上一薄层硅油或专用脱模剂，以防与耐磨涂层粘接。感谢阅读感谢阅读(或模具)上进行固化。叠合前可放置形成油槽、油腔用的模板，固化24小精品文档放心下载下精品文档放心下载导轨面与其他表面的相对位置精度可借助等高块或专用夹具保证。由于这类塑精品文档放心下载料导轨采用涂刮或“涂塑导轨“注塑谢谢阅读导轨”。(二)滚动导轨滚动导轨具有摩擦系数小(一般在0.003左右)，动、静摩擦系数相差小，精品文档放心下载精品文档放心下载数控机床常采用的滚动导轨有滚动导轨块和直线滚动导轨两种。感谢阅读1．滚动导轨块滚动导轨块是一种滚动体作循环运动的滚动导轨，其结构如图5-15所示。1感谢阅读为防护板，端盖2与导向片4引导滚动体(滚柱3)返回，5为保持器，谢谢阅读6感谢阅读块，导轨块的数目取决于导轨的长度和负载的大小，与之相配的导轨多用镶钢谢谢阅读淬火导轨。当运动部件移动时，滚柱3在支承部件的导轨面与本体6之间滚精品文档放心下载动，同时又绕本体6循环滚动，滚柱3谢谢阅读轨面不需淬硬磨光。滚动导轨块的特点是刚度高，承载能力大，便于拆装。感谢阅读图5-15滚动导轨块的结构1—防护板；2—端盖；3—滚柱；4—导向片；5—保持器；6—本精品文档放心下载体2．直线滚动导轨5-16精品文档放心下载导轨体174、保持器36感谢阅读轨和运动导轨组合在一起，作为独立的标准导轨副部件(单元)由专门生产感谢阅读体固定在不运动部件上，感谢阅读谢谢阅读弧直槽内滚动，并通过端盖内的滚道从工作负载区到非工作负载区，然后再滚感谢阅读动回工精品文档放心下载的移动，变成了滚珠的滚动。图5-16直线滚动导轨的结构1—导轨体；2—侧面密封垫；3—保持器；4—滚珠；精品文档放心下载5—端部密封垫；6—端盖；7—滑块；8—润滑油杯感谢阅读单元式直线滚动导轨除有一般滚动导轨的共性优点外，还有以下特点：精品文档放心下载(1)具有自调整能力，安装基面许用误差大。(2)制造