数控机床静刚度有限元分析*

刘启伟 王海滨 朱春雨

(①沈阳机床(集团)有限责任公司，辽宁沈阳 110142;②沈阳铁路机械学校，辽宁沈阳 110036)

机床的静刚度是指在切削力或其他外力作用下抵抗变形的能力，亦指刀具和工件间的刚度［1］。数控机床比普通机床要求具有更高的静刚度和动态特性，有标准规定数控机床的刚度系数应比类似的普通机床高50%左右。

分析材料和结构的刚度是工程设计中的一项重要工作，对于一些须严格限制变形的结构(如床身、主轴、刀架等)，须通过刚度分析来控制变形，许多结构也要通过控制刚度以防止发生共振、颤振或失稳。对于具有复杂结构的装配体来说，其工艺系统的静刚度不仅要考虑各个零件的材料属性，还要将装配方式和结合面特性包含进来，因此提高了分析的难度。国内外对装配结构的分析和研究工作广泛，有针对结合面参数识别和建模方法研究的［2－3］，有针对关键部件进行分析的［4－7］，也有进行整机建模分析的［8－9］。

现代加工条件需求的变化和科学技术的不断发展，使数控机床愈来愈向高速、高精度、高强度的方向发展，如何保证和提高机床的刚度是设计人员需要面对的问题。本文通过静刚度试验和有限元分析技术，结合数控机床串联刚度场理论，分析了数控车床的整体静刚度和各个部件对整机的刚度影响情况，对机床的性能分析和结构优化具有很好的参考价值。

1 机床结构分析

本文试验及分析的对象为沈阳机床集团某数控车床，机床为采用水平床身配上倾斜放置的滑板的卧式数控车床，机床的主轴驱动系统采用无级调速主电动机经皮带轮降速后传给机床主轴。……