基於機床機械結構與性能優化的探析

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1、基於機床機械結構與性能優化的探析摘要數控機床是一種高精度、高效率的自動化機床，隨著數控技術的發展，結合到它的控制方式、使用特點、機床的生產率、加工精度和壽命，對機床結構就有瞭更高的要求。本文對機床機械結構與性能的優化進行瞭探析和研究關鍵詞數控機床；加工精度；生產率；壽命分類號TG659文獻標識碼A文章編號1674-6708(2012)58-0034-02在數控機床發展的最初階段，其機械結構與通用機床相比沒有多大的變化，隻是在自動變速、刀架和工作臺自動轉位及手柄操作等方面做些改變。隨著數控技術的發展，考慮到它的控制方式和使用特點，才對機床的生產率

2、、加工精度和使用壽命提出瞭更高的要求1提咼機床靜動剛度數控機床是按照數控編程或手動輸入數據方式提供的指令自動進行加工的。由於機械結構的幾何精度與變形產生的定位誤差在加工過程中不能人為地調整與補償，所以，必須把各處機械結構部件產生的彈性變形控制在最小限度內，以保證所要求的加工精度與表面質量。為瞭提高數控機床主軸的剛度，不但經常采用三支撐結構，而且選用鋼性很好的雙列短圓柱滾子軸承和角接觸向心推力軸承銭接出相信忒力軸承，以減小主軸的徑向和軸向變形。為瞭提高機床大件的剛度，采用封閉界面的床身，並采用液力平衡減少移動部件因位置變動造成的機床變形。為瞭提高

3、機床各部件的接觸剛度，增加機床的承載能力，采用刮研的方法增加單位面積上的接觸點，並在結合面之間施加足夠大的預加載荷，以增加接觸面積。這些措施都能有效地提高接觸剛度。為瞭充分發揮數控機床的高效加工能力，並能進行穩定切削，在保證靜態剛度的前提下，還必須提高動態剛度。常用的措施主要有提高系統的剛度、增加阻尼以及調整構件的自振頻率等。試驗表明，提高阻尼系數是改善抗振性的有效方法。鋼板的焊接結構既可以增加靜剛度、減輕結構重量，又可以增加構件本身的阻尼。因此,近年來在數控機床上采用瞭鋼板焊接結構的床身、立柱、橫梁和工作臺。封砂鑄件也有利於振動衰減，對提高抗

4、振性也有較好的效果2減少機床的熱變形機床內部發熱時產生熱變形的主要熱源，應當盡可能地將熱源從主機中分離出去。在采取瞭一系列減少熱源的措施後，熱變形的情況將有所改善。但要完全消除機床的內外熱源通常是十分困難的，甚至是不可能的。所以必須通過良好的散熱和冷卻來控制溫升，以減少熱源的影響。其中部較有效的方法是在機床的發熱部位強制冷卻，也可以在機床低溫部分通過加熱的方法，使機床各點的溫度趨於一致，這樣可以減少由於溫差造成的翹曲變形。對於數控車床的主軸箱，應盡量使主軸的熱變形發生在刀具切入的垂直方向上。這就可以使主軸熱變形對加工直徑的影響降低到最小限度。在

5、結構上還應盡可能減小主軸中心與主軸向地面的距離，以減少熱變形的總量，同時應使主軸箱的前後溫升一致,避免主軸變形後出現傾斜數控機床中的滾珠絲杠常在預計載荷大、轉速高以及散熱差的條件下工作，因此絲杠容易發熱。滾珠絲杠熱生產造成的後果是嚴重的，尤其是在開環系統中，它會使進給系統喪失定位精度。目前某些機床用預拉的方法減少絲杠的熱變形。對於采取瞭上述措施仍不能消除的熱變形，可以根據測量結果由數控系統發出補償脈沖加以修正3機床性能優化的策略3.1主傳動運動的變速系統其一，帶有變速齒輪的主傳動。這是大、種型數控機床采用較多的一種方式。通過少數幾對齒輪減速，擴

6、大瞭輸出扭矩，以滿足主軸對輸出扭矩特性的要求。一部分小型數控機床業采用此種傳動方式，以獲得強力切屑時所需要的扭矩。滑移齒輪的移位大都采用液壓撥叉或直接由液壓油缸帶動齒輪實現；其二，通過皮帶傳動的主傳動。這主要應用在小型數控機床上，可以避免齒輪傳動是引起的振動與噪聲。但它隻能使用與要求的扭矩特性的主軸。其三、由調速電機直接驅動的主傳動。這種主傳動方式大大簡化瞭主軸箱體與主軸的結構，有效地提高瞭主軸部件的剛度。但主軸輸出扭矩小，電機發熱對主軸的精度影響較大3.2數控擊穿主軸部件其一，前後支撐采用不同軸承。前支撐采用雙列短圓柱滾子軸承和60。角接觸雙

7、列向心推力球軸承組合，後支撐采用成對向心推力球軸承。此配置形式使主軸的綜合剛度大幅度提高，可以滿足強力切屑的要求，因此普遍應用於各類數控機床；其二，前軸承采用高精度雙列向心推力球軸承。向心推力球軸承高速時性能良好，主軸最高轉速可達4OOOr/min。但是，它的承載能力小，因而適用於高速、輕載和緊密的數控車床；其三，雙列和單列圓錐滾子軸承。這種軸承徑向和軸向剛度高，能承受重載荷，尤其能承受較強的動載荷，安裝與調整性能也好。但是，這種軸承限制瞭主軸的最高轉速和精度，因此使用中等精度、低速與重載的數控機床。在主軸的機構上，要處理好卡盤和刀架的裝夾、主

8、軸的卸荷、主軸軸承的定位和間隙調整、主軸部件的潤滑和密封以及工藝上的其他一系列問題3.3進給傳動機械部件其一，聯軸器。聯軸器是用來連接寄給機構的兩根軸