浅谈提高数控机床刚度的措施

刘 宇,焦 琦

（齐齐哈尔工程学院,黑龙江 齐齐哈尔 161005）

浅谈提高数控机床刚度的措施

刘 宇,焦 琦

（齐齐哈尔工程学院,黑龙江 齐齐哈尔 161005）

现代机械制造业对加工精度要求很高，特别是随着国防、电子、汽车等现代工业的飞速发展，对制造业提出了更高的要求。在制造业中金属切削加工占很大比重，因此对机床的要求越来越高，提高机床的精度是该领域研究的一个重点方向。刚度是影响机数控机床加工床精度的重要参数，提高机床的刚度就能有效的提高零件的加工精度。目前数控机床以其加工精度高，误差稳定，效率高等特点得以广泛使用，而机床的刚度关系到机床的性能，所以研究机床的刚度是非常有价值的。本文主要通过分析数控机床的刚度和影响数控机床刚度方法，得出提高数控机床刚度的可行方法。

数控机床；刚度；结构布局

1 前言

现代机械制造业对加工精度要求很高，特别是随着国防、电子、汽车等现代工业的飞速发展，对制造业提出了更高的要求。在制造业中金属切削加工占很大比重，因此对机床的要求越来越高，提高机床的精度是该领域研究的一个重点方向。刚度是影响机数控机床加工床精度的重要参数，提高机床的刚度就能有效的提高零件的加工精度。目前数控机床以其加工精度高，误差稳定，效率高等特点得以广泛使用，而机床的刚度关系到机床的性能，所以研究机床的刚度是非常有价值的。

2 数控机床刚度分析

刚度主要是指在材料在外力作用下，抵抗变形的一种能力。数控机床的刚度就是数控机床在加工过程中切削力和其他力的作用下不发生部件变形的能力。机床的刚度通常可以分为动态刚度和静态刚度，数控机床要普通机床具有更高的动、静刚度。静态刚度是数控机床承受自重和加工工件重量时，机床抵抗变形的情况，而 机床在切削加工过程中，还要承受切削力、惯性力、机床部件发热变形、摩擦阻力等，这时机床的刚度就是动态刚度。 数控机床刚度分析主要考察机床组件本身刚度和部件之间的接触刚度与硬度。机床元件本身的刚度，取决于部件本身的横截面形状和尺寸大小，还有材料性质。部件之间的接触刚度不仅与接触几何形状和表面硬度有关，而且在接触表面上，几何精度，加工方法，接触面介质，预压力和其他的接触表面表面粗糙度等因素有关。数控机床的刚度越大，机床的精度就越高。通过在实际加工过程中对机床研究发现，刚度不但对机床精度有影响，还对机床的抗震性和机床的阻尼特性有影响，所以提高数控机床的刚度对提高机床整体精度和性能有着重要的意义。另外在数控机床上还经常引用另一种刚度，叫做“电刚度”，也有称其为“伺服刚度”。这类刚度一般是研究机床伺服系统工作时，位置与速度的关系，以及电流环所产生外力对机床刚度的影响，主要研究机械刚度，对已电刚度问题以后研究。

3 提高数控机床刚度的措施

3.1 支撑部件是决定刚度的主要因素

数控机床在支撑部件受弯曲和扭转载荷后，其变形大小取决于断面的抗弯扭惯性矩。有横截面面积相等的部分，应减少壁厚，增大横截面的外形尺寸。扭转力大的时候选择圆横截面，弯曲力大的时候选择正方形截面。支撑部件选择的横截面应尽可能地封闭，在侧壁开口与孔周围的凸台可以增加弯曲刚度。布局合理支撑的肋板和加强筋可以有效增加刚性部件。隔板的垂直或对角线布局，可以帮助机床提高刚度，有利于受弯构件抵御变形，增强惯性扭矩。在机床支撑部件和肋的横向排列时，要考虑的不能影响机床其他部件工作。机床联接部分和支持局部刚度常是最弱的地方，如果是窄轨，可用的单壁或增厚的单壁链接，或增加在单壁的垂直肋，以提高局部刚度;如果是宽轨时，可以选择双壁链接的方法。提高机器接触刚度可以增加机器的承载能力。通常用刮研的方法增加每单位面积的接触点;施加足够的预加载荷在结合面之间，也能增加了接触面积，降低接触变形。

3.2 合理的结构布局

床身、立柱上的较重的移动部件应尽可能放置在支撑中心或对称中心上，这样可减少自重和切削力引起的变形。 数控机床的总体结构布局可按上述要求，但要注意既满足从机床性能、加工适应范围等内部因素考虑确定各构件间位置，同时亦满足从外观、操作、管理到人机关系等外部因素考虑安排机床总布局。

3.3 对动刚度采取有效补偿

在机床加工过程中，如果能够测出接触点或者受力点的变形情况，例如变形方向和变形大小等，或者预知构件的变形规律，就可采取相应的措施来补偿变形，以削除受力变形的影响，其结果相当于提高了机床的刚度。数控系统还可以通过系统参数补偿的方法提高机床技工精度，通过数控系统计算加工中位移、速度、主轴转速、切削力等由系统和伺服装置补偿机床变形对加工精度的影响。

3.4 合理选用构件的材料

床身，立柱等的支持件，采用钢板或型钢焊接而成。钢的弹性模量是铸铁的两倍，在相同的尺寸和轮廓的前提下，如果焊件与铸件的刚性是相同的，则焊接件的壁厚只要铸件的一半。如果局部刚度要求是相同的，因为局部刚度正比于壁厚的立方，焊接部分的壁厚也只有约80%的铸件的厚度。阻尼材料，如混凝土或砂填充，以及双层壁支撑构件，其阻尼特性，可有效地提高，增加了支承件的动态刚度。直接使用的混凝土或人造花岗岩树脂作为支撑构件的材料，该载体可以显著提高抗振动能力，提高数控加工精度。

4 结论

以上就是我对提高数控机床措施的几点看法，随着科学技术的不断发展和飞跃，新材料、新工艺还会不断应用到机床中，这就对机床的刚度提出更高的要求，今后我们主要从机床结构、床身材料，系统控制等方面来研究数控机床的刚度提高问题。

[1]吴晓红.机床制造质量控制的问题与对策[J].中国科技博览，2013(25).

[2]孙磊，邴卓.数控机床的结构特征及提高性能的措施[J].中国科技博览，2013(16).

[3]王飞月.机床的动态特性分析[J].河北工业科技，2001(04).

刘宇，黑龙江七台河人，本科,讲师，研究方向：机械设计。