数控机床结构与设计7——数控机床的床身与导轨

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1、数控机床结构与设计6床身与导轨6床身与导轨6．1床身结构6．1．1对床身结构的基本要求机床的床身是整个机床的基础支承件，一般用来放置导轨、主轴箱等重要部件。为了满足数控机床高速度、高精度、高生产率、高可靠性和高自动化程度的要求，与普通机床相比，数控机床应有更高的静、动刚度，更好的抗振性。数控机床床身主要在以下4个方面提出了更高的要求。卧式、平床身数控车床1．很高的精度和精度保持性在床身上有很多安装零部件的加工面和运动部件的导轨面，这些面本身的精度和相互位置精度要求都很高，而且要能长时间保持。另外，机床在切削加工时，所有的静、动载

2、荷最后往往都传到床身上，所以，床身上的受力很复杂。为，为保证零部件之间的相互位置或相对运动精，除满足几何尺寸位置等精度要求外，还需要满足、动刚度、抗振性、热稳定性和工艺等方面的技术要求。RPM快速成型机2．应具有足够的静、动刚度静刚度包括：床身的自身结构刚度、局部刚度和接触刚度，都应该采取相应的措施，最后达到有较高的刚度一质量比。动刚度直接反映机床的动态特性，为了保证机床在交变载荷作用下具有较高的抵抗变形的能力和抵抗受迫振动及自激振动的能力，可以通过适当增加阻尼，提高固有频率等措施避免共振及因薄壁振动而产生的噪声。床身式立式铣床

3、3．较好的热稳定性对数控机床来说，尤其是高精度数控机床，热稳定性已成了一个突出问题，必须在设计上要作到使整机的热变形较小，或使热变形对加工精度的影响较小。6．1．2床身的结构1．床身结构根据数控机床的类型不同，床身的结构形式有各种各样的形式。例如数控车床床身的结构形式有平床身、斜床身、平床身斜导轨和直立床身等四种类型，在数控车床一章中已作介绍，另外这种斜床身结构还能设计成封闭式断面，这样大大提高了床身的刚度，如图6—1所示。图6—1床身受力图数控铣床，加工中心等这一类数控机床的床身结构与数控车床有所不同。例如加工中心的床身有固定

4、立柱式和移动立柱式两种。前者一般适用于中小型立式和卧式加工中心。而后者又分为整体T形床身和前后床身分开组装的T形床身。所谓T形床身是指床身是由横置的前床身(亦叫横床身)和与它垂直的后床身(亦叫纵床身)组成。整体式床身，刚性和精度保持性都比较好，但是却给铸造和加工带来很大不便，尤其是大、中型机床的整体床身，制造时非得大型设备不可。而分离式T形床身，铸造工艺性箱加工工艺性都大大改善。前后床身联接处要刮研，接时用定位键和专用定位销定位，然后沿截面四周，用大螺栓固紧。这样联接的床身，在刚度和精度保持性方面，基本能满足使用要求。这种分离式

5、T形床身适用于大；中型卧式加工中心。有辅助导轨的床身结构。由于床身导轨的跨距比较窄，致使工作台在横溜板上移动到达行程的两端时容易出现翘曲，如图6—2a所示，这将影响加工精度。为了避免工作台翘曲，有些立式加工中心增设了辅助导轨，如图6-2b所示。图6-2立式加工中心床身导轨(a)有翘曲现象；(b)有辅助导轨1一主轴箱；2一工件；3一工作台；4—溜板：5一床身2．床身的截面形状数控机床的床身通常为箱体结构，合理设计床身的截面形状及尺寸，采用合理布置的筋板结构可以在较小质量下获得较高的静刚度和适当的固有频率。床身中常用的几种截面筋板布

6、置如图6－3所示。此外，还有纵向筋板和横向筋板，分别对抗弯刚度和抗扭刚度有显著效果；米字形筋板和井字形筋板的抗弯刚度也较高，尤其是米字形更高。床身筋板一般根据床身结构和载荷分布情况进行设，满足床身刚度和抗振性要求，V形筋有利于加强导轨支承部分的刚度、斜方筋和对角筋结构可明显增强床身的扭转刚度，并且便于设计成全封闭的箱形结构。图6—3床身截面筋板布置(a)V形筋，(b)斜方筋；(c)对角筋数控机床刀具6．1．3床身的刚度1．筋板结构对床身刚度的影响根据床身所受载荷性质的不同，床身刚度分为静刚度和动刚度。床身的静刚度直接影响机床的加

7、工精度及其生产率。静刚度和固有频率，是影响动刚度的重要因素。合理设计床身的筋板结构，可提高床身的刚度。表6—l列出了筋板布置对封闭式箱体结构刚度的影响数据。数控机床厂生产车间2．箱体封砂结构床身封砂结构是利用筋板隔成封闭箱体结构，如图6－4所示。将大件的泥芯留在铸件中不清除，利用砂粒良好的吸振性能，可以提高结构件的阻尼比，有明显的消振作用。提高床身结构的静刚度，由刚度和质量的关系式K=m02(0为系统无阻尼振动时的固有频率)可以看出，增加质量m可以提高静刚度。对于焊接结构的床身，在床身内腔填充泥芯和混凝土等阻尼材料，当振动时

8、，利用相对摩擦来耗散振动能量。封砂结构降低了床身的重心，有利于床身结构的稳定性，可提高床身的抗弯和抗扭刚度。图6-4铸造床身的封砂结构(a)旧结构(b)新结构6.1．4床身的结构设计AG(人造花岗石)材质是一种新型休身材质，它除了具有好的阻尼性能(阻尼为灰铸铁的