淺談提高數(shù)控機(jī)床剛度的措施

劉 宇,焦 琦

（齊齊哈爾工程學(xué)院,黑龍江 齊齊哈爾 161005）

淺談提高數(shù)控機(jī)床剛度的措施

劉 宇,焦 琦

（齊齊哈爾工程學(xué)院,黑龍江 齊齊哈爾 161005）

現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)對加工精度要求很高，特別是隨著國防、電子、汽車等現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，對制造業(yè)提出了更高的要求。在制造業(yè)中金屬切削加工占很大比重，因此對機(jī)床的要求越來越高，提高機(jī)床的精度是該領(lǐng)域研究的一個重點方向。剛度是影響機(jī)數(shù)控機(jī)床加工床精度的重要參數(shù)，提高機(jī)床的剛度就能有效的提高零件的加工精度。目前數(shù)控機(jī)床以其加工精度高，誤差穩(wěn)定，效率高等特點得以廣泛使用，而機(jī)床的剛度關(guān)系到機(jī)床的性能，所以研究機(jī)床的剛度是非常有價值的。本文主要通過分析數(shù)控機(jī)床的剛度和影響數(shù)控機(jī)床剛度方法，得出提高數(shù)控機(jī)床剛度的可行方法。

數(shù)控機(jī)床；剛度；結(jié)構(gòu)布局

1 前言

現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)對加工精度要求很高，特別是隨著國防、電子、汽車等現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，對制造業(yè)提出了更高的要求。在制造業(yè)中金屬切削加工占很大比重，因此對機(jī)床的要求越來越高，提高機(jī)床的精度是該領(lǐng)域研究的一個重點方向。剛度是影響機(jī)數(shù)控機(jī)床加工床精度的重要參數(shù)，提高機(jī)床的剛度就能有效的提高零件的加工精度。目前數(shù)控機(jī)床以其加工精度高，誤差穩(wěn)定，效率高等特點得以廣泛使用，而機(jī)床的剛度關(guān)系到機(jī)床的性能，所以研究機(jī)床的剛度是非常有價值的。

2 數(shù)控機(jī)床剛度分析

剛度主要是指在材料在外力作用下，抵抗變形的一種能力。數(shù)控機(jī)床的剛度就是數(shù)控機(jī)床在加工過程中切削力和其他力的作用下不發(fā)生部件變形的能力。機(jī)床的剛度通?？梢苑譃閯討B(tài)剛度和靜態(tài)剛度，數(shù)控機(jī)床要普通機(jī)床具有更高的動、靜剛度。靜態(tài)剛度是數(shù)控機(jī)床承受自重和加工工件重量時，機(jī)床抵抗變形的情況，而 機(jī)床在切削加工過程中，還要承受切削力、慣性力、機(jī)床部件發(fā)熱變形、摩擦阻力等，這時機(jī)床的剛度就是動態(tài)剛度。 數(shù)控機(jī)床剛度分析主要考察機(jī)床組件本身剛度和部件之間的接觸剛度與硬度。機(jī)床元件本身的剛度，取決于部件本身的橫截面形狀和尺寸大小，還有材料性質(zhì)。部件之間的接觸剛度不僅與接觸幾何形狀和表面硬度有關(guān)，而且在接觸表面上，幾何精度，加工方法，接觸面介質(zhì)，預(yù)壓力和其他的接觸表面表面粗糙度等因素有關(guān)。數(shù)控機(jī)床的剛度越大，機(jī)床的精度就越高。通過在實際加工過程中對機(jī)床研究發(fā)現(xiàn)，剛度不但對機(jī)床精度有影響，還對機(jī)床的抗震性和機(jī)床的阻尼特性有影響，所以提高數(shù)控機(jī)床的剛度對提高機(jī)床整體精度和性能有著重要的意義。另外在數(shù)控機(jī)床上還經(jīng)常引用另一種剛度，叫做“電剛度”，也有稱其為“伺服剛度”。這類剛度一般是研究機(jī)床伺服系統(tǒng)工作時，位置與速度的關(guān)系，以及電流環(huán)所產(chǎn)生外力對機(jī)床剛度的影響，主要研究機(jī)械剛度，對已電剛度問題以后研究。

3 提高數(shù)控機(jī)床剛度的措施

3.1 支撐部件是決定剛度的主要因素

數(shù)控機(jī)床在支撐部件受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷后，其變形大小取決于斷面的抗彎扭慣性矩。有橫截面面積相等的部分，應(yīng)減少壁厚，增大橫截面的外形尺寸。扭轉(zhuǎn)力大的時候選擇圓橫截面，彎曲力大的時候選擇正方形截面。支撐部件選擇的橫截面應(yīng)盡可能地封閉，在側(cè)壁開口與孔周圍的凸臺可以增加彎曲剛度。布局合理支撐的肋板和加強(qiáng)筋可以有效增加剛性部件。隔板的垂直或?qū)蔷€布局，可以幫助機(jī)床提高剛度，有利于受彎構(gòu)件抵御變形，增強(qiáng)慣性扭矩。在機(jī)床支撐部件和肋的橫向排列時，要考慮的不能影響機(jī)床其他部件工作。機(jī)床聯(lián)接部分和支持局部剛度常是最弱的地方，如果是窄軌，可用的單壁或增厚的單壁鏈接，或增加在單壁的垂直肋，以提高局部剛度;如果是寬軌時，可以選擇雙壁鏈接的方法。提高機(jī)器接觸剛度可以增加機(jī)器的承載能力。通常用刮研的方法增加每單位面積的接觸點;施加足夠的預(yù)加載荷在結(jié)合面之間，也能增加了接觸面積，降低接觸變形。

3.2 合理的結(jié)構(gòu)布局

床身、立柱上的較重的移動部件應(yīng)盡可能放置在支撐中心或?qū)ΨQ中心上，這樣可減少自重和切削力引起的變形。 數(shù)控機(jī)床的總體結(jié)構(gòu)布局可按上述要求，但要注意既滿足從機(jī)床性能、加工適應(yīng)范圍等內(nèi)部因素考慮確定各構(gòu)件間位置，同時亦滿足從外觀、操作、管理到人機(jī)關(guān)系等外部因素考慮安排機(jī)床總布局。

3.3 對動剛度采取有效補(bǔ)償

在機(jī)床加工過程中，如果能夠測出接觸點或者受力點的變形情況，例如變形方向和變形大小等，或者預(yù)知構(gòu)件的變形規(guī)律，就可采取相應(yīng)的措施來補(bǔ)償變形，以削除受力變形的影響，其結(jié)果相當(dāng)于提高了機(jī)床的剛度。數(shù)控系統(tǒng)還可以通過系統(tǒng)參數(shù)補(bǔ)償?shù)姆椒ㄌ岣邫C(jī)床技工精度，通過數(shù)控系統(tǒng)計算加工中位移、速度、主軸轉(zhuǎn)速、切削力等由系統(tǒng)和伺服裝置補(bǔ)償機(jī)床變形對加工精度的影響。

3.4 合理選用構(gòu)件的材料

床身，立柱等的支持件，采用鋼板或型鋼焊接而成。鋼的彈性模量是鑄鐵的兩倍，在相同的尺寸和輪廓的前提下，如果焊件與鑄件的剛性是相同的，則焊接件的壁厚只要鑄件的一半。如果局部剛度要求是相同的，因為局部剛度正比于壁厚的立方，焊接部分的壁厚也只有約80%的鑄件的厚度。阻尼材料，如混凝土或砂填充，以及雙層壁支撐構(gòu)件，其阻尼特性，可有效地提高，增加了支承件的動態(tài)剛度。直接使用的混凝土或人造花崗巖樹脂作為支撐構(gòu)件的材料，該載體可以顯著提高抗振動能力，提高數(shù)控加工精度。

4 結(jié)論

以上就是我對提高數(shù)控機(jī)床措施的幾點看法，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和飛躍，新材料、新工藝還會不斷應(yīng)用到機(jī)床中，這就對機(jī)床的剛度提出更高的要求，今后我們主要從機(jī)床結(jié)構(gòu)、床身材料，系統(tǒng)控制等方面來研究數(shù)控機(jī)床的剛度提高問題。

[1]吳曉紅.機(jī)床制造質(zhì)量控制的問題與對策[J].中國科技博覽，2013(25).

[2]孫磊，邴卓.數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)特征及提高性能的措施[J].中國科技博覽，2013(16).

[3]王飛月.機(jī)床的動態(tài)特性分析[J].河北工業(yè)科技，2001(04).

劉宇，黑龍江七臺河人，本科,講師，研究方向：機(jī)械設(shè)計。