淺談提高數控機床剛度的措施

劉 宇,焦 琦

（齊齊哈爾工程學院,黑龍江 齊齊哈爾 161005）

淺談提高數控機床剛度的措施

劉 宇,焦 琦

（齊齊哈爾工程學院,黑龍江 齊齊哈爾 161005）

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

數控機床；剛度；結構布局

1 前言

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

2 數控機床剛度分析

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

3 提高數控機床剛度的措施

3.1 支撐部件是決定剛度的主要因素

數控機床在支撐部件受彎曲和扭轉載荷后，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，應減少壁厚，增大橫截面的外形尺寸。扭轉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盡可能地封閉，在側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筋可以有效增加剛性部件。隔板的垂直或對角線布局，可以幫助機床提高剛度，有利于受彎構件抵御變形，增強慣性扭矩。在機床支撐部件和肋的橫向排列時，要考慮的不能影響機床其他部件工作。機床聯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。提高機器接觸剛度可以增加機器的承載能力。通常用刮研的方法增加每單位面積的接觸點;施加足夠的預加載荷在結合面之間，也能增加了接觸面積，降低接觸變形。

3.2 合理的結構布局

床身、立柱上的較重的移動部件應盡可能放置在支撐中心或對稱中心上，這樣可減少自重和切削力引起的變形。 數控機床的總體結構布局可按上述要求，但要注意既滿足從機床性能、加工適應范圍等內部因素考慮確定各構件間位置，同時亦滿足從外觀、操作、管理到人機關系等外部因素考慮安排機床總布局。

3.3 對動剛度采取有效補償

在機床加工過程中，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，或者預知構件的變形規律，就可采取相應的措施來補償變形，以削除受力變形的影響，其結果相當于提高了機床的剛度。數控系統還可以通過系統參數補償的方法提高機床技工精度，通過數控系統計算加工中位移、速度、主軸轉速、切削力等由系統和伺服裝置補償機床變形對加工精度的影響。

3.4 合理選用構件的材料

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，以及雙層壁支撐構件，其阻尼特性，可有效地提高，增加了支承件的動態剛度。直接使用的混凝土或人造花崗巖樹脂作為支撐構件的材料，該載體可以顯著提高抗振動能力，提高數控加工精度。

4 結論

以上就是我對提高數控機床措施的幾點看法，隨著科學技術的不斷發展和飛躍，新材料、新工藝還會不斷應用到機床中，這就對機床的剛度提出更高的要求，今后我們主要從機床結構、床身材料，系統控制等方面來研究數控機床的剛度提高問題。

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

[2]孫磊，邴卓.數控機床的結構特征及提高性能的措施[J].中國科技博覽，2013(16).

[3]王飛月.機床的動態特性分析[J].河北工業科技，2001(04).

劉宇，黑龍江七臺河人，本科,講師，研究方向：機械設計。