2016数控加工工艺（主编施晓芳-电子工业出版社）数控机床的机械结构.docVIP

第四节 数控机床的机械结构 教学目标 1、了解数控机床机械结构的特点 2、掌握数控机床对结构的要求 3、了解数控机床的机械结构组成 教学重点 1、掌握数控机床对结构的要求 教学难点 掌握数控机床对结构的要求 教学手段、教具 讲授、引导、挂图 参考课时 1课时 教学过程 一、数控机床的结构特点 1、高的刚度及良好的抗振性能 （1） 刚度是机床的基本技术性能之一，它反应了机床结构抵抗变形的能力。 因机床在加工过程中，承受多种外力的作用，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，各部件在这些力的作用下将产生变形，变形会直接或间接地引起刀具和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，从而影响加工精度。 根据承受载荷性质的不同，刚度可分为静刚度和动刚度。 机床的静刚度是指机床在静态力的作用下抵抗变形的能力。它与构件的几何参数及材料的弹性模量有关。 机床的动刚度是指机床在动态力的作用下抵抗变形的能力。 数控机床要在高速和重负荷条件下工作，为了满足数控机床加工的高生产率、高速度、高精度、高可靠性和高自动化程度的要求，与普通机床相比，数控机床应有更高的静刚度、动刚度和更高的抗振性。 （2）抗振性 高速切削是产生动态力的直接因素，数控机床在高速切削时容易产生振动。 机床加工时可能产生两种振动：强迫振动和自激振动。 机床的抗振性是指抵抗这两种振动的能力。 （3）提高数控机床结构刚度的措施 A、合理选择结构形式 正确选择床身的截面形状和尺寸、合理选择和布置筋板、提高构件的局部刚度和采用焊接结构。 如图所示为数控车床的床身截面，床身导轨的倾斜布置可有效的改善排屑条件。截面形状采用封闭式箱体结构，加大了床身截面的外轮廓尺寸，使该床身具有很高的抗弯刚度和抗扭刚度。 B、合理安排结构布局 合理的结构布局，使构件承受的弯距和扭矩减小，从而提高机床的刚度。 如图（a）～图 (c)所示，卧式加工中心的主轴箱单面悬挂在立柱侧面，切削力将使立柱产生弯曲和扭转变形；而采用图5-2（d）的布局，加工中心的主轴箱置于立柱对称平面内，切削力引起的变形将显著减小。这就相当于提高了机床的刚度。 C、采用补偿变形措施 机床工作时，在外力的作用下，不可避免地存在变形，如果能采取一定措施减小变形对加工精度的影响，其结果相当于提高了机床的刚度。 对于大型的龙门铣床，当主轴部件移动到横梁中部时，横梁的下凹弯曲变形最大，为此可将横梁导轨加工成中部凸起的抛物线形，可以使变形得到补偿。 D、改善构件间的接触刚度和机床与地基联结处的刚度等。 （4）提高机床结构抗振性的措施 （1）提高机床构件的静刚度 可以提高构件或系统的固有频率，从而避免发生共振。 （2）提高阻尼比 在大件内腔充填泥芯和混凝土等阻尼材料，在振动时因相对摩擦力较大而耗散振动能量。 （3）采用新型材料和钢板焊接结构 近年来很多高速机床的床身材料采用了聚合物混凝土，它具有刚度高、抗振好、耐腐蚀和耐热的特点，用丙烯酸树脂混凝土制成的床身，其动刚度比铸铁件的高出了6倍。 用钢板焊接构件代替铸铁构件的趋势也不断扩大。采用钢板焊接构件的主要原因是焊接技术的发展，使抗振措施十分有效；轧钢技术的发展，又提供了多种形式的型钢。 2、热稳定性好 机床的热变形是影响机床加工精度的重要因素之一。数控机床主轴转速、进给速度远高于普通机床，电动机、轴承、液压系统等热源散发的热量，切屑及刀具与工件的相对运动的摩擦产生的热量，通过传导、对流、辐射传递给机床各个部件，引起温升，产生膨胀。 由于热源分布不均，散热性能不同，导致机床各部分温升不一致，从而产生不均匀的热膨胀变形，以至影响刀具和工件的正确相对位置，影响了加工精度，且热变形对加工精度的影响操作者往往难以修正。 减少机床热变形的措施 A、改进机床布局和结构 （1）内部热源的发热是造成热变形的主要原因，因此，在机床布局时应减少内部热源，尽量考虑将电动机、液压系统等置于机床主机之外。 （2）采用倾斜床身和斜滑板结构，以利于排屑，还应设置自动排泄装置，随时将切屑排到机床外。同时在工作台或导轨上设置隔热防护罩，使切屑的热量隔离在机床外。 （3）采用热对称结构例如卧式加工中心采用框式双立柱结构，主轴箱嵌入立柱内，并且在立柱左右导轨内侧定位。这样，热变形使主轴中心将主要产生垂直方向的变化，这变形量可以用垂直坐标移动的修正量加以补偿。 B、加强冷却和润滑 为控制切削过程产生的热量，现代数控机床，特别是加工中心和数控车床多采用多喷嘴、大流量冷却系统直接喷射切削部位，冷却并排除这些炽热的切屑，并对冷却液用大容量循环散热和冷却装置制冷以控制温升。对于机床上难以分离出去的热源，可采取散热、风冷和液冷等方法来降低温度，减少热变形。 C、控制环境温度