第02章 机床结构要求.ppt

结构变迁的原因 传统机床+数控装置的模式不再适用： 1. 生产率、加工精度、寿命； 2. 结构刚性不足、抗振性、摩擦、传动间隙等制约数控机床性能进一步提高； 针对数控机床特性的机床结构设计成为一个新的研究课题 数控机床的模块化与机电一体化 机床本体是数控机床的主体部分。来自于数控装置的各种运动和动作指令，都必须由机床本体转换成真实的、准确的机械运动和动作，才能实现数控机床的功能，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. 数控机床的结构要求 1.1 提高机床结构的静刚度 1.1.1 合理设计基础件的截面形状和尺寸，采用合理的筋板结构 1.1.2 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 传统的卧式镗铣床和卧式加工中心的结构布局的比较 1.1.3 补偿有关零、部件的静力变形 END 提高机床结构抗震性 1.2.2 表面采用阻尼涂层 对于弯曲振动结构件，在其表面喷涂一层具有较高内阻尼和较高弹性的粘滞材料 (如沥青基制成的胶泥减振剂、高分子聚合物和油漆腻子等)，涂层厚度愈大，阻尼愈大。采用阻尼涂层，既可不改变原设计的结构和刚度，又能获得较高的阻尼比，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。 1.2.3 采用新材料制造基础件 最近 10 年来，德国和瑞士在应用聚合物混凝土制造基础件的研究中取得了进展。德国布格哈特—韦贝尔 (BURKHARUTWEBER) 公司为 HYOP80 NC W 型加工中心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。 提高机床结构抗震性 1.2.4 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性。 1.3 减小机床的热变形 热膨胀是各种金属和非金属材料的固有特性。机床在工作时，有许多部件和部位会产生大量热量，如电机、滚动轴承、切屑及刀具与工件的切削部位、液压系统等。这些产生热量的部件和部位称为热源。热源产生的热量通过传导、对流、辐射传递给机床的各个部件，引起温升，产生热膨胀。由于热源分布不均匀，各热源产生的热量不等，零部件各处质量不均匀，形成机床各部位温升不一致，从而产生不均匀的温度场和不均匀的热膨胀变形，以致破坏刀具与工件的正确相对位置，影响加工精度。 数控机床的主轴转速、进给速度 远高于传统机床，并且大切削用量产生的炽热切屑也多，故发热远较传统机床严重，而热变形对加工精度的影响往往难以由操作者修正，因此对如何减小机床的热变形应予以特别重视。 1.3.1．改进机床布局和结构设计 (1) 采用热对称结构 ??? 这种结构相对热源是对称的。这样在产生热变形时，可保证工件或刀具回转中心对称线的位置不变，从而减小热变形对加工精度的影响。最典型的实例是许多卧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 ，且以立柱左、右导轨两内侧定位，在热变形时，主轴中心在水平方向的位置保持不变，从而减小了热变形的影响。 减小机床热变性 (2) 采用预拉伸的滚珠丝杠结构 数控机床中的滚珠丝杠是在预加载荷大、转速高、散热差的条件下工作的，容易发热，滚珠丝杠的热伸长直接影响进给系统的定位精度。采用预拉伸的方法可以减小丝杠的热变形。这种方法是在加工滚珠丝杠时，使螺距略小于名义值，装配时对丝杠进行预拉伸，即使其螺距值达到名义值，当丝杠工作受热，丝杠中的拉应力补偿了热应力，从而 减小热 伸长。 (3) 在机床布局时，尽量减少内部热源 内部热源的发热是造成热变形的主要原因，因此，在机床布局设计中应尽量考虑将热源从主机中分离出去，如将电动机、变速箱、液压泵站等置于机床主机以外。 ??? 加工过程所产生的炽热切屑是一个不可忽视的热源。在机床布局时，应考虑使排屑通畅，应设置自动排屑装置以随时将切屑排到机床外，同时应在工作台或导轨上设置隔热防护罩，使 数控技术 切屑的热量隔离在机床外。 减小机床热变性 P33 减小机床热变性 如上图 所示的数控车床采用的斜床身、平床身和斜滑板结构，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 数控车床的床身及滑板结构 (a) 斜床身； ? (b) 平床身和斜滑板 1.3.2 控制温升 对机床发热部位采取散热、风冷、液冷等控制温升的办法来吸收热源发出的热量，是在各类