提高機床結構的靜剛度
機床(chuang)(chuang)結(jie)構的(de)靜(jing)剛度是指在切(qie)削力(li)和(he)其(qi)他力(li)的(de)作用下，機床(chuang)(chuang)抵抗(kang)變形的(de)能力(li)。
機(ji)(ji)床在加工(gong)過程(cheng)中(zhong)，受(shou)多(duo)種外力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)，包括運動(dong)部件(jian)(jian)(jian)和(he)工(gong)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)自重、切削(xue)力(li)(li)、驅動(dong)力(li)(li)、加減速(su)時的(de)(de)(de)(de)慣(guan)性力(li)(li)、摩擦阻力(li)(li)等。機(ji)(ji)床的(de)(de)(de)(de)各部件(jian)(jian)(jian)在這些力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)下將產生變(bian)形，如各基礎(chu)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)彎曲(qu)和(he)扭轉變(bian)形，支承構(gou)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)局部變(bian)形，固定連接(jie)面(mian)和(he)運動(dong)嚙合面(mian)的(de)(de)(de)(de)接(jie)觸變(bian)形等。這些變(bian)形都(dou)會直接(jie)或(huo)間接(jie)地引(yin)起刀具與工(gong)件(jian)(jian)(jian)之間產生相(xiang)對位(wei)移，破壞刀具和(he)工(gong)件(jian)(jian)(jian)原(yuan)來所占有的(de)(de)(de)(de)正確位(wei)置(zhi)，從(cong)而(er)影(ying)響機(ji)(ji)床的(de)(de)(de)(de)加工(gong)精度和(he)切削(xue)過程(cheng)的(de)(de)(de)(de)特性，所以，提高機(ji)(ji)床的(de)(de)(de)(de)靜剛度是機(ji)(ji)床結構(gou)設(she)計的(de)(de)(de)(de)普遍要求。
數控(kong)機(ji)(ji)床(chuang)為獲得(de)高(gao)(gao)(gao)效(xiao)率(lv)而具有的(de)(de)大功率(lv)和高(gao)(gao)(gao)速(su)度(du)(du)，使(shi)它所承受的(de)(de)各種外力(li)負(fu)載更(geng)加(jia)惡劣，而且(qie)加(jia)工(gong)(gong)過程的(de)(de)自(zi)動化也(ye)使(shi)得(de)加(jia)工(gong)(gong)誤差無法由人工(gong)(gong)干預來修正和補償，所以，數控(kong)機(ji)(ji)床(chuang)的(de)(de)變形對加(jia)工(gong)(gong)精度(du)(du)的(de)(de)影(ying)響(xiang)會更(geng)為嚴(yan)重。為了保證數控(kong)機(ji)(ji)床(chuang)在(zai)自(zi)動化、高(gao)(gao)(gao)效(xiao)率(lv)的(de)(de)切(qie)削(xue)條(tiao)件下獲得(de)穩(wen)定的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)精度(du)(du)，其(qi)機(ji)(ji)械結(jie)構應(ying)具有更(geng)高(gao)(gao)(gao)的(de)(de)靜剛度(du)(du)，有標(biao)準(zhun)規定數控(kong)機(ji)(ji)床(chuang)的(de)(de)剛度(du)(du)系數應(ying)比類似的(de)(de)普通機(ji)(ji)床(chuang)高(gao)(gao)(gao)50％。
1．合(he)理(li)(li)設計(ji)基(ji)礎(chu)件的(de)截面形狀和尺寸，采用合(he)理(li)(li)的(de)筋板(ban)結(jie)構
機床在外力的(de)作(zuo)用下，各基(ji)礎(chu)件(jian)將承受彎曲和(he)扭(niu)(niu)轉載荷，其彎曲和(he)扭(niu)(niu)轉變(bian)形(xing)(xing)的(de)大小則取決于(yu)基(ji)礎(chu)件(jian)的(de)截(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)抗(kang)(kang)彎和(he)抗(kang)(kang)扭(niu)(niu)慣(guan)性(xing)(xing)矩(ju)，抗(kang)(kang)彎、抗(kang)(kang)扭(niu)(niu)慣(guan)性(xing)(xing)矩(ju)大，變(bian)形(xing)(xing)則小，剛度(du)(du)就高(gao)(gao)。表5-1列出了在截(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)積相同(tong)(即(ji)重量相同(tong))時，不同(tong)截(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)形(xing)(xing)狀(zhuang)和(he)尺寸的(de)慣(guan)性(xing)(xing)矩(ju)。由(you)表中數據(ju)可(ke)知：在形(xing)(xing)狀(zhuang)和(he)截(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)積相同(tong)時，減小壁厚，加(jia)大截(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)輪廓尺寸，可(ke)大大增加(jia)剛度(du)(du)；封閉截(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)的(de)剛度(du)(du)遠遠高(gao)(gao)于(yu)不封閉截(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)的(de)剛度(du)(du)；圓形(xing)(xing)截(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)的(de)抗(kang)(kang)扭(niu)(niu)剛度(du)(du)高(gao)(gao)于(yu)方(fang)(fang)形(xing)(xing)截(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)，抗(kang)(kang)彎剛度(du)(du)則低于(yu)方(fang)(fang)形(xing)(xing)截(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)；矩(ju)形(xing)(xing)截(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)在尺寸大的(de)方(fang)(fang)向(xiang)具有(you)很高(gao)(gao)的(de)抗(kang)(kang)彎剛度(du)(du)。因此(ci)，通過合理設計截(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)形(xing)(xing)狀(zhuang)和(he)尺寸，可(ke)大大提高(gao)(gao)基(ji)礎(chu)件(jian)的(de)結構(gou)靜剛度(du)(du)。
臥(wo)式加工中心(xin)普遍采用的(de)框式立柱(zhu)結構。從(cong)正面(mian)看，立柱(zhu)截面(mian)成封閉框形(xing)，輪廓尺(chi)寸(cun)大，從(cong)而(er)保證以高扭轉剛度承受切削扭矩(ju)(ju)產生的(de)扭轉載荷。從(cong)俯視截面(mian)看，兩個立柱(zhu)截面(mian)形(xing)狀(zhuang)為矩(ju)(ju)形(xing)，矩(ju)(ju)形(xing)尺(chi)寸(cun)大的(de)方向正是因(yin)切削力作用產生大的(de)彎(wan)曲載荷的(de)方向。因(yin)而(er)這種結構具有(you)很高的(de)剛度。
合理布置(zhi)基(ji)礎(chu)件的筋(jin)(jin)(jin)板(ban)可(ke)(ke)以提高靜剛度(du)，表5-2給出了立(li)柱的幾(ji)種(zhong)不同筋(jin)(jin)(jin)板(ban)布置(zhi)時的相(xiang)對靜剛度(du)。從表中可(ke)(ke)知：縱向(xiang)筋(jin)(jin)(jin)板(ban)能(neng)提高立(li)柱的抗(kang)彎和(he)抗(kang)扭剛度(du)，提高抗(kang)扭剛度(du)效果(guo)更為顯著；對角(jiao)線(xian)斜置(zhi)筋(jin)(jin)(jin)板(ban)和(he)對角(jiao)線(xian)交叉筋(jin)(jin)(jin)板(ban)對提高立(li)柱的剛度(du)更為有效。
由于該立柱承受彎扭組合載荷(he)，故(gu)截面采用接(jie)近正方(fang)形的封閉外形，為(wei)了進一步(bu)提高抗(kang)彎、抗(kang)扭剛度，內部采用了斜方(fang)雙(shuang)層(ceng)壁(相當于斜縱向筋板)和對角線(xian)交叉筋板。所以，這兩(liang)種(zhong)立柱都有(you)很(hen)高的抗(kang)彎、抗(kang)扭剛度。
2．采用合理的結構布局，改善機(ji)床的受(shou)力狀(zhuang)態，提高機(ji)床的靜剛度
在切削力、自重等外力相同的(de)(de)情況(kuang)下，如果能改善機(ji)床(chuang)的(de)(de)受力狀態，減小(xiao)(xiao)變形，則能達到提高剛(gang)度(du)的(de)(de)目的(de)(de)。以機(ji)床(chuang)主(zhu)軸(zhou)(zhou)為例，在其他條(tiao)件不(bu)變的(de)(de)情況(kuang)下，縮短主(zhu)軸(zhou)(zhou)前(qian)端(duan)的(de)(de)懸伸長度(du)，可以減小(xiao)(xiao)主(zhu)軸(zhou)(zhou)承受的(de)(de)彎矩，從(cong)而減小(xiao)(xiao)主(zhu)軸(zhou)(zhou)前(qian)端(duan)的(de)(de)撓度(du)，提高主(zhu)軸(zhou)(zhou)的(de)(de)剛(gang)度(du)。
采用(yong)合理的(de)機床結(jie)構布局，可(ke)以顯著地(di)改(gai)善機床的(de)受力(li)狀況，提高機床的(de)剛度(du)。
