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怎样提高数控机床的结构刚度?

时间:2018-12-18 09:58   作者:admin 点击: 次
  由于加工状态的瞬时多变情况复杂,通常很难对结构刚度进行精确的理论计算。设计者只能对部分构件(如轴、丝杠等)用计算方法计算其刚度,而对床身、立柱、工作台和箱体等零件的弯曲和扭转变形,接合面的接触变形等,只能将其简化后进行近似计算,其计算结果往往与实际相差很大,故只能作为定性分析的参考。近年来,虽然在机床结构设计中采用有限元法进行分析计算,但是一般来讲,在设计时仍需要对模型、实物或类似的样机进行试验、分析和对比以确定合理的结构方案,尽管如此,遵循下列原则和措施,仍可以合理地提高机床的结构刚度。 
 
 
  (1)正确选择截面的形状和尺寸 
 
 
  构件在承受弯曲和扭转载荷后,其变形大小取决于断面的抗弯和扭转惯性矩,抗弯和扭转惯性矩大的其刚度就高。表7-1列出了在断面积相同(即重力相同)时各断面形状的惯性矩。从表中的数据可知:形状相同的断面,当保持相同的截面积时,应减小壁厚、加大截面的轮廓尺寸,圆形截面的抗扭刚度比方形截面的大,抗弯刚度则比方形截面的小;封闭式截面的刚度比不封闭式截面的刚度大很多;壁上开孔将使刚度下降,在孔周加上凸缘可使抗弯刚度得到恢复。 
 
 
  (2)合理选择及布置隔板和筋条 
 
 
  合理布置支承件的隔板和筋条,可提高构件的静、动刚度。图7—1所示的几种立柱的结构,在内部布置有纵、横和对角筋板,对它们进行静、动刚度试验的结果列于表7—2中。其中以交叉筋板(序号5)的作用最好。 
 
 
  对一些薄壁构件,为减小壁面的翘曲和构件截面的畸变,可以在壁板上设置图7—2所示的筋条,其中以蜂窝状加强筋较好。它除了能提高构件刚度外,还能减小铸造时的收缩应力。 
 
 
  (3) 提高构件的局部刚度 
 
 
  机床的导轨和支承件的联接部件,往往是局部刚度最弱的部分,但是联接方式对局部刚度的影响很大。图7—3给出了导轨和床身联接的几种形式,如果导轨的尺寸较宽时,应用双壁联接型式,如图中(d)、(e)、(f)。导轨较窄时,可用单壁或加厚的单壁联接,或者在单壁上增加垂直筋条以提高局部刚度。 
 
 
  (4)选用焊接结构的构件 
 
 
  机床的床身、立柱等支承件,采用钢板和型钢焊接而成,具有减小质量提高刚度的显著优点。钢的弹性模量约为铸铁的两倍,在形状和轮廓尺寸相同的前提下,如要求焊接件与铸件的刚度相同,则焊接件的壁厚只需铸件的一半;如果要求局部刚度相同,则因局部刚度与壁厚的三次方成正比,所以焊接件的壁厚只需铸件壁厚的80%左右。此外,无论是刚度相同以减轻质量,或者质量相同以提高刚度,都可以提高构件的谐振频率,使共振不易发生。用钢板焊接有可能将构件做成全封闭的箱形结构,从而有利于提高构件的刚度。
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