1、2020/10/12,1,數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu),2020/10/12,2,結(jié)構(gòu)變遷的原因,傳統(tǒng)機(jī)床+數(shù)控裝置的模式不再適用： 1. 生產(chǎn)率、加工精度、壽命； 2. 結(jié)構(gòu)剛性不足、抗振性、摩擦、傳動(dòng)間隙等制約數(shù)控機(jī)床性能進(jìn)一步提高； 針對(duì)數(shù)控機(jī)床特性的機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為一個(gè)新的研究課題,2020/10/12,3,數(shù)控機(jī)床的模塊化與機(jī)電一體化,模塊化：靈活配置，合理要求，降低成本，提高效率，提高柔性。 機(jī)電一體化：總體設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要要求，核心就是要考慮總體布局上機(jī)械與電氣的有機(jī)結(jié)合。,2020/10/12,4,機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的主體部分。來(lái)自于數(shù)控裝置的各種運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作指令，都必須由機(jī)床本體轉(zhuǎn)換成真

2、實(shí)的、準(zhǔn)確的機(jī)械運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作，才能實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的功能，并保證數(shù)控機(jī)床的性能要求。,2020/10/12,5,數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體由下列各部分組成：,(1) 主傳動(dòng)系統(tǒng)，其功用是實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)。 (2) 進(jìn)給系統(tǒng)，其功用是實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 (3) 機(jī)床基礎(chǔ)件，通常指床身、底座、立柱、滑座、工作臺(tái)等。其功用是支承機(jī)床本體的零、部件，并保證這些零、部件在切削加工過(guò)程中占有的準(zhǔn)確位置。 (4) 實(shí)現(xiàn)某些部件動(dòng)作和某些輔助功能的裝置，如液壓、氣動(dòng)、潤(rùn)滑、冷卻以及防護(hù)、排屑等裝置。 (5) 實(shí)現(xiàn)工件回轉(zhuǎn)、分度定位的裝置和附件，如回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。 (6) 刀庫(kù)、刀架和自動(dòng)換刀裝置 (ATC) 。 (7) 自動(dòng)托盤(pán)交換裝置

3、 (APC) 。 (8) 特殊功能裝置，如刀具破損檢測(cè)、精度檢測(cè)和監(jiān)控裝置等。,2020/10/12,6,需要說(shuō)明的是： 其中，機(jī)床基礎(chǔ)件、主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)以及液壓、潤(rùn)滑、冷卻等輔助裝置是構(gòu)成數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體的基本部件，是必須的；其他部件則按數(shù)控機(jī)床的功能和需要選用。盡管數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體的基本構(gòu)成與傳統(tǒng)的機(jī)床十分相似，但由于數(shù)控機(jī)床在功能和性能上的要求與傳統(tǒng)機(jī)床存在著巨大的差距，所以數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體在總體布局、結(jié)構(gòu)、性能上與傳統(tǒng)機(jī)床有許多明顯的差異，出現(xiàn)了許多適應(yīng)數(shù)控機(jī)床功能特點(diǎn)的完全新穎的機(jī)械結(jié)構(gòu)和部件。,2020/10/12,7,1. 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)要求,數(shù)控機(jī)床是一種高精度、高

4、效率的自動(dòng)化加工設(shè)備。盡管數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴，一次性投資巨大，但仍然為機(jī)械制造廠家所普遍采用并取得很好的經(jīng)濟(jì)效益，其原因在于數(shù)控機(jī)床能自動(dòng)化地，高精度、高質(zhì)量、高效率地解決中、小批量的加工問(wèn)題。數(shù)控技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展及在機(jī)床上的應(yīng)用，為數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化、高精度、高效率提供了可能性，但要將可能性變成現(xiàn)實(shí)，則必須要求數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的特性才能保證。這些特性包括結(jié)構(gòu)的靜剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性、低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性及運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦特性、幾何精度、傳動(dòng)精度等。,數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)要求,2020/10/12,8,1.1 提高機(jī)床結(jié)構(gòu)的靜剛度,機(jī)床結(jié)構(gòu)的靜剛度是指在切削力和其他力的作用下，機(jī)床抵抗變形的能

5、力。 機(jī)床在加工過(guò)程中，受多種外力的作用，包括運(yùn)動(dòng)部件和工件的自重、切削力、驅(qū)動(dòng)力、加減速時(shí)的慣性力、摩擦阻力等。機(jī)床的各部件在這些力的作用下將產(chǎn)生變形，如 各基礎(chǔ) 件的彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，支承構(gòu)件的局部變形，固定連接面和運(yùn)動(dòng)嚙合面的接觸變形等。這些變形都會(huì)直接或間接地引起刀具與工件之間產(chǎn)生相對(duì)位移，破壞刀具和工件原來(lái)所占有的正確位置，從而影響機(jī)床的加工精度和切削過(guò)程的特性，所以，提高機(jī)床的靜剛度是機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的普遍要求。 數(shù)控機(jī)床為獲得高效率而具有的大功率和高速度，使它所承受的各種外力負(fù)載更加惡劣，而且加工過(guò)程的自動(dòng)化也使得加工誤差無(wú)法由人工干預(yù)來(lái)修正和補(bǔ)償，所以，數(shù)控機(jī)床的變形對(duì)加工精度的影響

6、會(huì)更為嚴(yán)重。為了保證數(shù)控機(jī)床在自動(dòng)化、高效率的切削條件下獲得穩(wěn)定的高精度，其機(jī)械結(jié)構(gòu)應(yīng)具有更高的靜剛度，有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定數(shù)控機(jī)床的剛度系數(shù)應(yīng)比類(lèi)似的普通機(jī)床高 50 。,數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)要求,2020/10/12,9,1.1.1 合理設(shè)計(jì)基礎(chǔ)件的截面形狀和尺寸，采用合理的筋板結(jié)構(gòu),機(jī)床在外力的作用下， 各基礎(chǔ)件將 承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，其彎曲和扭轉(zhuǎn)變形的大小則取決于基礎(chǔ)件的截面抗彎 和抗扭慣性矩，抗彎/抗扭慣性矩大，變形則小，剛度就高。 在形狀和截面 積相同 時(shí)，減小壁厚，加大截面輪廓尺寸，可大大增加剛度；封閉截面的剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于不封閉截面的剛度；圓形截面的抗扭剛度高于方形截面，抗彎剛度則低于方形截面；矩形

7、截面在尺寸大的方向具有很高的抗彎剛度。因此，通過(guò)合理設(shè)計(jì)截面形狀和尺寸，可大大提高基礎(chǔ)件的結(jié)構(gòu)靜剛度。,數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)要求,2020/10/12,10,床身導(dǎo)軌傾斜布置，改善了排屑條件，同時(shí)截面形狀采用封閉式箱體結(jié)構(gòu)，從而加大了床身截面的外輪廓尺寸，使該床身具有很高的抗彎、抗扭剛度。這種傾斜布置的結(jié)構(gòu)為數(shù)控車(chē)床所普遍采用。,數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)要求,2020/10/12,11,臥式加工中心普遍采用的框式立柱結(jié)構(gòu)。從正面看，立柱截面成封閉框形，輪廓尺寸大，從而保證以高扭轉(zhuǎn)剛度承受切削扭矩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)載荷。從俯視截面看，兩個(gè)立柱截面形狀為矩形，矩形尺寸大的方向正是因切削力作用產(chǎn)生大的彎曲載荷的方向。因而這種結(jié)

8、構(gòu)具有很高的剛度。,數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)要求,2020/10/12,12,合理布置基礎(chǔ)件 的筋板可以 提高靜剛度，下表 給出了立柱的幾種 不同筋板布置 時(shí)的相對(duì)靜剛度。從表中可知： 縱向筋板能 提高立柱的抗彎和抗扭剛度，提高抗扭剛度效果更為顯著；對(duì)角線 斜置筋板和 對(duì)角線 交叉筋板對(duì) 提高立柱的剛度更為有效。,數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)要求,2020/10/12,13,下圖 所示為兩種立式加工中心立柱的橫截面圖。由于該立柱承受彎扭組合載荷，故截面采用接近正方形的封閉外形，為了進(jìn)一步提高抗彎、抗扭剛度，內(nèi)部采用了斜方雙層壁 ( 相當(dāng)于斜 縱向筋板 ) 和對(duì)角線交叉筋板。所以，這兩種立柱都有很高的抗彎、抗扭剛度。,a

9、XK-716 型立式加工中心,b STAMA MCll8 型立式加工中心,數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)要求,2020/10/12,14,合理布置 筋板還 可提高基礎(chǔ)件的局部剛度，所示為某款超精密重切削臥式加工中心采用的床身結(jié)構(gòu)。該床身為整體式結(jié)構(gòu)，截面為封閉箱形結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)剛度很高。為了加強(qiáng)導(dǎo)軌連接的局部剛度，采用兩條成 Y 形的斜筋支撐導(dǎo)軌。,數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)要求,2020/10/12,15,1.1.2 采用合理的結(jié)構(gòu)布局，改善機(jī)床的受力狀態(tài)，提高機(jī)床的靜剛度,在切削力、自重等外力相同的情況下，如果能改善機(jī)床的受力狀態(tài)，減小變形，則能達(dá)到提高剛度的目的。 以機(jī)床主軸為例，在其他條件不變的情況下，縮短主軸前端的

10、懸伸長(zhǎng)度，可以減小主軸承受的彎矩，從而減小主軸前端的撓度，提高主軸的剛度。 采用合理的機(jī)床結(jié)構(gòu)布局，可以顯著地改善機(jī)床的受力狀況，提高機(jī)床的剛度。,數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)要求,改善受力狀態(tài),2020/10/12,16,a 傳統(tǒng)車(chē)床車(chē)身 b 數(shù)控車(chē)床車(chē)身,設(shè)床身截面積和慣性矩及其所受切削力 P 相等,數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)要求,2020/10/12,17,結(jié)論：采用傾斜布局的數(shù)控車(chē)床床身所承受的扭矩要比采用水平布局的傳統(tǒng)車(chē)床床身的要小，因而機(jī)床的剛度得到了提高。,對(duì)傳統(tǒng)車(chē)床，床身水平布局，床身所受扭矩為 ：,對(duì)數(shù)控車(chē)床，床身傾斜布局，設(shè)傾角為 ，床身所受扭矩為 ：,數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)要求,2020/10/12,18,傳統(tǒng)

11、的臥式鏜銑床和臥式加工中心的結(jié)構(gòu)布局的比較,傳統(tǒng)的臥式鏜銑床由于主軸箱單面懸掛在立柱側(cè)面，主軸箱自重將使立柱承受彎矩 ，切削力將使立柱承受扭矩 ，而加工中心的布局使主軸箱的主軸中心位于立柱的對(duì)稱(chēng)面內(nèi)，立柱則不再承受由主軸箱自重產(chǎn)生的彎矩和由切削力產(chǎn)生的扭矩，從而改善了立柱的受力狀況，減小了立柱的彎曲、扭轉(zhuǎn)變形，提高了剛度 。,數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)要求,2020/10/12,19,1.1.3 補(bǔ)償有關(guān)零、部件的靜力變形,在外力的作用下，機(jī)床的變形是不可避免的，如果能采取措施使變形對(duì)加工精度的影響減小，其結(jié)果相當(dāng)于提高了機(jī)床的剛度。依照這一思路，產(chǎn)生了許多補(bǔ)償有關(guān)零、部件的靜力變形的方法，這種方法普遍用于

12、補(bǔ)償因自重而引起的靜力變形。,數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)要求,2020/10/12,20,如圖是一大型龍門(mén)銑床，當(dāng)主軸部件移到橫梁中部時(shí)，橫梁的彎曲變形 ( 下凹 ) 最大。為此可將橫梁導(dǎo)軌加工成中部凸起的拋物線形，或者通過(guò)在橫梁內(nèi)部安裝輔助梁和預(yù)校正螺釘將主導(dǎo)軌預(yù)調(diào)校正為中凸拋物線形，這樣可以補(bǔ)償主軸箱移動(dòng)到橫梁中部時(shí)引起的彎曲變形,數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)要求,2020/10/12,21,為補(bǔ)償主軸箱自重的影響，也可以用加平衡重塊或其他平衡力的方法，抵消部分直接作用于橫梁上的自重，從而減小橫梁因主軸箱自重引起的彎曲變形,數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)要求,2020/10/12,22,1.1.4 提高機(jī)床各部件的接觸剛度,所謂接觸剛度

13、：指在機(jī)床各部件的固定連接面和運(yùn)動(dòng)副的結(jié)合面之間，總會(huì)存在宏觀和微觀不平，兩個(gè)面之間真正接觸的只是一些高點(diǎn)，實(shí)際接觸面積小于兩接觸表面的面積 ( 名義接觸面積 ) ，因此，在承載時(shí)，作用于這些接觸點(diǎn)的壓強(qiáng)要比平均壓強(qiáng)大得多，從而產(chǎn)生接觸變形。,平均壓強(qiáng) p 與變形 之比稱(chēng)為接觸剛度,數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)要求,2020/10/12,23,由于機(jī)床總有為數(shù)較多的靜、動(dòng)連接面，如果不注意提高接觸剛度，各連接面的接觸變形就會(huì)大大降低機(jī)床的整體剛度，對(duì)加工精度產(chǎn)生非常不利的影響。,由于影響接觸剛度的根本因素是實(shí)際接觸面積的大小，所以任何增大實(shí)際接觸面積的方法都能有效地提高接觸剛度。 如機(jī)床的導(dǎo)軌常采用人工鏟刮工

14、藝作為最終的精加工工序，通過(guò)刮研 ，可以增加單位面積上的接觸點(diǎn)，并使接觸點(diǎn)分布均勻，從而增加導(dǎo)軌副結(jié)合面的實(shí)際接觸面積，提高接觸剛度。 又如采用滾動(dòng)軸承作為支承的主軸部件，都要設(shè)計(jì)預(yù) 緊結(jié)構(gòu) 調(diào)整軸承間隙，使軸承在有預(yù)加載荷的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，以提高主軸的支承剛度。預(yù)加載荷增大了實(shí)際接觸點(diǎn)的面積，從而達(dá)到提高接觸剛度的目的。 采用螺紋緊固的固定連接面，合理布置一定數(shù)量的螺栓，并對(duì)螺栓的擰緊力矩提出嚴(yán)格要求以保證適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力，也是為提高接觸剛度而常采用的措施。,數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)要求,2020/10/12,24,1.1.5 采用鋼板焊接結(jié)構(gòu),長(zhǎng)期以來(lái)，機(jī)床基礎(chǔ)件主要采用鑄鐵件。近年來(lái)，以鋼板焊接結(jié)構(gòu)代替鑄鐵

15、件的趨勢(shì)不斷擴(kuò)大，從開(kāi)始在單件和小批量的重型和超重型機(jī)床上的應(yīng)用，逐步發(fā)展到有一定批量的中型機(jī)床。,數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)要求,2020/10/12,25,上表列出了某型號(hào)數(shù)控車(chē)床焊接床身和鑄造床身的剛度的對(duì)比結(jié)果。從結(jié)果看，焊接床身的剛度高于鑄造床身。這是因?yàn)閮煞N床身的筋板布置不同，鋼板焊接結(jié)構(gòu)容易采用數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)用最有利于提高剛度的筋板布置形式，能充分發(fā)揮壁板和筋板的承載及抵抗變形的作用；焊接結(jié)構(gòu)還無(wú)需鑄造結(jié)構(gòu)所需的出砂口，有可能將基礎(chǔ)件做成完全封閉的箱形結(jié)構(gòu)。另外，鋼板的彈性摸量 E 為2105MPa ，而鑄鐵的彈性模量 E 僅1.2105MPa ，兩者幾乎相差一倍， E= / ，在應(yīng)力

16、相同時(shí)， E 大則產(chǎn)生的應(yīng)變 小， E 的大小反映了材料抵抗彈性變形的能力。因此，在結(jié)構(gòu)相同時(shí)， E 值大的材料剛度則高。,數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)要求,2020/10/12,26,1.2 提高機(jī)床結(jié)構(gòu)的抗振性,機(jī)床的振動(dòng)會(huì)在被加工工件表面留下振紋，影響工件的表面質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)則使加工過(guò)程難以進(jìn)行下去。機(jī)床加工時(shí)可能產(chǎn)生兩種形式的振動(dòng)： 強(qiáng)迫振動(dòng) 自激振動(dòng) 機(jī)床的抗振性指的是抵抗這兩種振動(dòng)的能力。,提高機(jī)床結(jié)構(gòu)抗振性,2020/10/12,27,強(qiáng)迫振動(dòng): 是在各種動(dòng)態(tài)力 ( 如高速回轉(zhuǎn)零件的不平衡力、往復(fù)運(yùn)動(dòng)件的換向沖擊力、周期變化的切削力等 ) 作用下被迫產(chǎn)生的振動(dòng)。如果動(dòng)態(tài)力的頻率與機(jī)床某部件的固有頻

17、率重合，則將發(fā)生共振。機(jī)床結(jié)構(gòu)抵抗強(qiáng)迫振動(dòng)的能力可以用動(dòng)剛度大小來(lái)表示。,自激振動(dòng): 是在沒(méi)有外加動(dòng)態(tài)力的情況下，由切削過(guò)程自身所激發(fā)的振動(dòng)。自激振動(dòng)的頻率接近或略高于機(jī)床主振型的低階固有頻率，振幅較大，對(duì)加工過(guò)程產(chǎn)生極為不利的影響。當(dāng)機(jī)床的剛度、刀具切削角度、工件與刀具材料、切削速度和進(jìn)給量都一定時(shí)，影響自激振動(dòng)的主要因素就是切削寬度 b ，因此，可以把不產(chǎn)生自激振動(dòng)的最大切削寬度，稱(chēng)為臨界切削寬度，作為判斷機(jī)床切削穩(wěn)定性(抵抗自激振動(dòng)的能力)的指標(biāo)。,提高機(jī)床結(jié)構(gòu)抗震性,2020/10/12,28,高速切削是產(chǎn)生動(dòng)態(tài)力的直接因素，強(qiáng)力切削也意味著切削寬度大。數(shù)控機(jī)床在追求高速度、高切削效率

18、的同時(shí)，也埋下了容易產(chǎn)生受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)的根源。切削過(guò)程的自動(dòng)化又使得振動(dòng)難以由人工來(lái)控制和消除，數(shù)控機(jī)床只有靠自身機(jī)床結(jié)構(gòu)的高抗振性來(lái)減小和克服振動(dòng)對(duì)加工精度、加工過(guò)程的影響。,提高機(jī)床的抗振性，可以從提高靜剛度、固有頻率和增加阻尼幾個(gè)方面著手。 提高靜剛度的措施已在前面有詳細(xì)的介紹。所以在提高靜剛度時(shí)，能相對(duì)減小結(jié)構(gòu)件的重量，即提高單位重量的剛度，則能提高固有頻率。 前面介紹的合理布置筋板，采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)等提高靜剛度的措施，同樣能達(dá)到提高固有頻率的目的。 下面將主要介紹數(shù)控機(jī)床在增加阻尼方面采取的措施。,提高機(jī)床結(jié)構(gòu)抗震性,產(chǎn)生原因,解決策略,2020/10/12,29,提高機(jī)床結(jié)構(gòu)抗

19、震性,1.2.1 基礎(chǔ)件內(nèi)腔充填泥芯、混凝土等阻尼材料,在基礎(chǔ)件內(nèi)腔充填泥芯、混凝土，振動(dòng)時(shí)可利用相對(duì)摩擦來(lái)耗散振動(dòng)能量，從而提高結(jié)構(gòu) 的阻尼特性。,下圖所示為兩種車(chē)床床身結(jié)構(gòu)及動(dòng)態(tài)特性的對(duì)比，充填泥芯的床身阻尼顯著增加,2020/10/12,30,提高機(jī)床結(jié)構(gòu)抗震性,右圖 所示為 某型號(hào)數(shù)控車(chē)床的底座和床身結(jié)構(gòu)，底座內(nèi)所充填的混凝土的內(nèi)摩擦阻尼較高，再配 以封砂的 床身，使機(jī)床有較高的抗振性。,2020/10/12,31,提高機(jī)床結(jié)構(gòu)抗震性,1.2.2 表面采用阻尼涂層,對(duì)于彎曲振動(dòng)結(jié)構(gòu)件，在其表面噴涂一層具有較高內(nèi)阻尼和較高彈性的粘滯材料 (如瀝青基制成的膠泥減振劑、高分子聚合物和油漆膩?zhàn)?/p>

20、等)，涂層厚度愈大，阻尼愈大。采用阻尼涂層，既可不改變?cè)O(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和剛度，又能獲得較高的阻尼比，其阻尼比值可達(dá) 0.050.1 。這種措施常用于鋼板焊接的結(jié)構(gòu)。,1.2.3 采用新材料制造基礎(chǔ)件,最近 10 年來(lái)，德國(guó)和瑞士在應(yīng)用聚合物混凝土制造基礎(chǔ)件的研究中取得了進(jìn)展。德國(guó)布格哈特韋貝爾 (BURKHARUT&WEBER) 公司為 HYOP80 NC W 型加工中心制成了丙烯酸樹(shù)脂混凝土床身，其動(dòng)剛度比鑄鐵件的高 6 倍。瑞士的精密磨床生產(chǎn) 廠家斯 圖德 (STUDER) 公司制成了 S40 和 S50 系列數(shù)控外圓磨床的樹(shù)脂混凝土床身，具有剛度高、 抗振性好 、耐化學(xué)腐蝕和耐熱的特點(diǎn)。,2

21、020/10/12,32,提高機(jī)床結(jié)構(gòu)抗震性,1.2.4 充分利用接合面間的阻尼,在焊接結(jié)構(gòu)上，壁板和 筋板 之間采用間斷焊接 ( 即焊一段，空一段，再焊一段 ) ，空的那一段振動(dòng)時(shí)互相摩擦，可消耗振動(dòng)能量，從而獲得良好的阻尼特性。,2020/10/12,33,1.3 減小機(jī)床的熱變形,熱膨脹是各種金屬和非金屬材料的固有特性。機(jī)床在工作時(shí)，有許多部件和部位會(huì)產(chǎn)生大量熱量，如電機(jī)、滾動(dòng)軸承、切屑及刀具與工件的切削部位、液壓系統(tǒng)等。這些產(chǎn)生熱量的部件和部位稱(chēng)為熱源。熱源產(chǎn)生的熱量通過(guò)傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射傳遞給機(jī)床的各個(gè)部件，引起溫升，產(chǎn)生熱膨脹。由于熱源分布不均勻，各熱源產(chǎn)生的熱量不等，零部件各處質(zhì)量

22、不均勻，形成機(jī)床各部位溫升不一致，從而產(chǎn)生不均勻的溫度場(chǎng)和不均勻的熱膨脹變形，以致破壞刀具與工件的正確相對(duì)位置，影響加工精度。,數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度 遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)機(jī)床，并且大切削用量產(chǎn)生的熾熱切屑也多，故發(fā)熱遠(yuǎn)較傳統(tǒng)機(jī)床嚴(yán)重，而熱變形對(duì)加工精度的影響往往難以由操作者修正，因此對(duì)如何減小機(jī)床的熱變形應(yīng)予以特別重視。,2020/10/12,34,1.3.1改進(jìn)機(jī)床布局和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),(1) 采用熱對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)相對(duì)熱源是對(duì)稱(chēng)的。這樣在產(chǎn)生熱變形時(shí)，可保證工件或刀具回轉(zhuǎn)中心對(duì)稱(chēng)線的位置不變，從而減小熱變形對(duì)加工精度的影響。最典型的實(shí)例是許多臥式加工中心所采用的框式雙立柱結(jié)構(gòu)，主軸箱嵌入框式立柱

23、內(nèi) ，且以立柱左、右導(dǎo)軌兩內(nèi)側(cè)定位，在熱變形時(shí)，主軸中心在水平方向的位置保持不變，從而減小了熱變形的影響。,減小機(jī)床熱變性,2020/10/12,35,(2) 采用預(yù)拉伸的滾珠絲杠結(jié)構(gòu),數(shù)控機(jī)床中的滾珠絲杠是在預(yù)加載荷大、轉(zhuǎn)速高、散熱差的條件下工作的，容易發(fā)熱，滾珠絲杠的熱伸長(zhǎng)直接影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度。采用預(yù)拉伸的方法可以減小絲杠的熱變形。這種方法是在加工滾珠絲杠時(shí)，使螺距略小于名義值，裝配時(shí)對(duì)絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸，即使其螺距值達(dá)到名義值，當(dāng)絲杠工作受熱，絲杠中的拉應(yīng)力補(bǔ)償了熱應(yīng)力，從而 減小熱 伸長(zhǎng)。,(3) 在機(jī)床布局時(shí)，盡量減少內(nèi)部熱源,內(nèi)部熱源的發(fā)熱是造成熱變形的主要原因，因此，在機(jī)床布局

24、設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量考慮將熱源從主機(jī)中分離出去，如將電動(dòng)機(jī)、變速箱、液壓泵站等置于機(jī)床主機(jī)以外。 加工過(guò)程所產(chǎn)生的熾熱切屑是一個(gè)不可忽視的熱源。在機(jī)床布局時(shí)，應(yīng)考慮使排屑通暢，應(yīng)設(shè)置自動(dòng)排屑裝置以隨時(shí)將切屑排到機(jī)床外，同時(shí)應(yīng)在工作臺(tái)或?qū)к壣显O(shè)置隔熱防護(hù)罩，使 數(shù)控技術(shù) 切屑的熱量隔離在機(jī)床外。,減小機(jī)床熱變性,P33,2020/10/12,36,減小機(jī)床熱變性,如上圖 所示的數(shù)控車(chē)床采用的斜床身、平床身和斜滑板結(jié)構(gòu)，配置傾斜的防護(hù)罩和自動(dòng)排屑裝置，就是這一措施的典型例子,數(shù)控車(chē)床的床身及滑板結(jié)構(gòu) (a) 斜床身； (b) 平床身和斜滑板,2020/10/12,37,1.3.2 控制溫升,對(duì)機(jī)床發(fā)熱部位

25、采取散熱、風(fēng)冷、液冷等控制溫升的辦法來(lái)吸收熱源發(fā)出的熱量，是在各類(lèi)數(shù)控機(jī)床上使用較多的一種減少熱變形影響的對(duì)策。其中，強(qiáng)制冷卻是比較有效的方法。所謂強(qiáng)制冷卻，就是利用冷卻裝置對(duì)潤(rùn)滑油或冷卻液進(jìn)行冷卻，然后將潤(rùn)滑油送至摩擦副潤(rùn)滑或?qū)⒗鋮s液送至切削部位冷卻。,1.3.3 熱變形補(bǔ)償,預(yù)測(cè)熱變形規(guī)律，建立數(shù)學(xué)模型并存人計(jì)算機(jī)中進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償。熱變形附加修正裝置已在國(guó)外產(chǎn)品上作為商品供貨,減小機(jī)床熱變性,2020/10/12,38,1.4 改善運(yùn)動(dòng) 導(dǎo)軌副 的摩擦特性,機(jī)床導(dǎo)軌是機(jī)床基本結(jié)構(gòu)的要素之一。機(jī)床的加工精度和使用壽命很大程度上取決于機(jī)床導(dǎo)軌的質(zhì)量，而對(duì)數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌則有更高的要求，如：高速進(jìn)給

26、時(shí)不振動(dòng)， 低速進(jìn) 給時(shí)不爬行；有高的靈敏度，能在重載下長(zhǎng)期連續(xù)工作；耐磨性要高，精度保持性要好等。這些都與 導(dǎo)軌副 的摩擦特性有關(guān)，要求摩擦系數(shù)小，靜、動(dòng)摩擦系數(shù)之差小。 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床采用的導(dǎo)軌主要有: 塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌 滾動(dòng)導(dǎo)軌 靜壓導(dǎo)軌,2020/10/12,39,1.4.1 塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌,數(shù)控機(jī)床采用的塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌有鑄鐵 - 塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌 和鑲鋼 - 塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌。塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌常用在導(dǎo)軌副的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌上，與之相配的金屬導(dǎo)軌為鑄鐵或鋼質(zhì)。鑄鐵牌號(hào)為 HT300 ，表面淬硬至 HRC4550 ，表面粗糙度磨削至 0.200.10 ；鑲鋼導(dǎo)軌常用 50 號(hào)鋼或其他合金鋼，淬硬至 HRC5862 。

27、導(dǎo)軌上的塑料常用聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶和環(huán)氧型耐磨導(dǎo)軌涂層兩類(lèi)。,A 聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶,摩擦特性好 采用聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶的摩擦副的摩擦系數(shù)小，靜、動(dòng)摩擦系數(shù)差別小，且曲線斜率為正值。這種良好的摩擦特性能防止導(dǎo)軌低速爬行，使運(yùn)行平穩(wěn)和獲得高的定位精度。,改善導(dǎo)軌摩擦性,2020/10/12,40,改善導(dǎo)軌摩擦性,(2) 耐磨性好 聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶中含有青銅、二硫化鉬和石墨，本身具有 自潤(rùn)滑作用，對(duì)潤(rùn)滑油的供油量要求不高。此外，塑料質(zhì)地較軟，即便嵌入金屬碎屑、灰塵等，也不致?lián)p傷金屬導(dǎo)軌面和軟帶本身，可延長(zhǎng)導(dǎo)軌副的使用壽命。 (3) 減振性好 塑料的阻尼特性好，其減振消聲的性能對(duì)提高導(dǎo)軌副的相對(duì)運(yùn)

28、動(dòng)速度有很大意義 (4) 工藝性好 可降低對(duì)待粘貼塑料的金屬基體的硬度和表面質(zhì)量要求，而且塑料易于加工,2020/10/12,41,改善導(dǎo)軌摩擦性,導(dǎo)軌軟帶的使用工藝簡(jiǎn)單。首先，將導(dǎo)軌粘貼面加工至表面粗糙度為 3.21.6 的表面，為了對(duì)軟帶起定位作用，導(dǎo)軌粘貼面應(yīng)加工成 0.5 1.0mm 深的凹槽，下圖 所示。然后，用汽油或金屬清潔劑或丙酮清洗粘接面后，用膠粘劑粘合，加壓初固化 12 小時(shí)后再合攏到配對(duì)的固定導(dǎo)軌或?qū)Ｓ脢A具上，施以一定壓力，并在室溫下固化 24 小時(shí)，取下清除余膠，即可開(kāi)油槽和進(jìn)行精加工。由于這類(lèi)導(dǎo)軌軟帶采用粘貼方法，故習(xí)慣上稱(chēng)為“貼塑導(dǎo)軌”。,軟帶導(dǎo)軌的粘接,2020/1

29、0/12,42,B 環(huán)氧型耐磨導(dǎo)軌涂層,環(huán)氧型耐磨導(dǎo)軌涂層是以環(huán)氧樹(shù)脂和二硫化鉬為基體，加入增塑劑，混合成液狀或膏狀為一組份，以固化劑為另一組份的雙組份塑料涂層。它有良好的可加工性，可經(jīng)車(chē)、銑、刨、鉆、磨削和刮削加工；也有良好的摩擦特性和耐磨性，而且抗壓強(qiáng)度比聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶要高，固化時(shí)體積不收縮，尺寸穩(wěn)定。特別是可在調(diào)整好固定導(dǎo)軌和運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌間的相關(guān)位置精度后注入涂料，這樣可節(jié)省 許多加工工時(shí)，故它特別適用于重型機(jī)床和不能用導(dǎo)軌軟帶的復(fù)雜配合型面。,改善導(dǎo)軌摩擦性,耐磨導(dǎo)軌涂層的使用工藝如下：,2020/10/12,43,改善導(dǎo)軌摩擦性,首先，將導(dǎo)軌涂層表面粗刨或粗銑成如圖所示,1 滑座 ；

30、 2 膠條； 3 注塑層,的粗糙表面，以保證有良好的粘附力。然后，與塑料導(dǎo)軌相配的金屬導(dǎo)軌面 ( 或模具 ) 用溶劑清洗后涂上一薄層硅油或?qū)Ｓ妹撃?，以防與耐磨涂層粘接。將按配方加入固化劑調(diào)好的耐磨涂層材料抹于導(dǎo)軌面上，然后疊合在金屬導(dǎo)軌面 ( 或模具 ) 上進(jìn)行固化。疊合前可放置形成油槽、油腔用的模板，固化 24 小時(shí)后，即可將兩導(dǎo)軌分離。涂層硬化三天后可進(jìn)行下一步加工。涂層面的厚度及導(dǎo)軌面與其他表面的相對(duì)位置精度可借助 等高塊或 專(zhuān)用夾具保證。由于這類(lèi)塑料導(dǎo)軌采用 涂刮或 注入膏狀塑料的方法，故習(xí)慣上稱(chēng)為“涂塑導(dǎo)軌”或“注塑導(dǎo)軌”。,2020/10/12,44,1.4.2 滾動(dòng)導(dǎo)軌,滾動(dòng)導(dǎo)

31、軌具有摩擦系數(shù)小 ( 一般在 0.003 左右 ) ，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相差小，且?guī)缀醪皇苓\(yùn)動(dòng)變化的影響，定位精度和靈敏度高，精度保持性好等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床常采用的滾動(dòng)導(dǎo)軌有滾動(dòng)導(dǎo)軌塊和直線滾動(dòng)導(dǎo)軌兩種。,改善導(dǎo)軌摩擦性,2020/10/12,45,1.4.2.1 滾動(dòng)導(dǎo)軌塊,改善導(dǎo)軌摩擦性,滾動(dòng)導(dǎo)軌塊是一種滾動(dòng)體作循環(huán)運(yùn)動(dòng)的滾動(dòng)導(dǎo)軌，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。 1 為防護(hù)板，端蓋 2 與導(dǎo)向片 4 引導(dǎo)滾動(dòng)體 ( 滾柱 3) 返回， 5 為保持器， 6 為本體。使用時(shí)，滾動(dòng)導(dǎo)軌塊安裝在運(yùn)動(dòng)部件的導(dǎo)軌面上，每一導(dǎo)軌至少用兩塊，導(dǎo)軌塊的數(shù)目取決于導(dǎo)軌的長(zhǎng)度和負(fù)載的大小，與之相配的導(dǎo)軌 多用鑲鋼淬火 導(dǎo)軌。當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)時(shí)，滾柱 3 在支承部件的導(dǎo)軌面與本體 6 之間滾動(dòng)，同時(shí)又繞本體 6 循環(huán)滾動(dòng)，滾柱 3 與運(yùn)動(dòng)部件的導(dǎo)軌面不接觸：因而該導(dǎo)軌面不需淬硬磨光。滾動(dòng)導(dǎo)軌塊的特點(diǎn)是剛度高，承載能力大，便于拆裝。,1 防護(hù)板； 2 端蓋； 3 滾柱； 4 導(dǎo)向片； 5 保持器 ； 6 本體,2020/10/12,46,改善導(dǎo)軌摩擦性,1.4.2.2 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌,直線滾動(dòng)導(dǎo)軌是近年來(lái)新出現(xiàn)的一種滾動(dòng)導(dǎo)軌，其結(jié)構(gòu)如下圖