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        怎樣提高數控機床的結構剛度?

        時間:2018-12-18 09:58   作者:admin 點擊:
          由于加工狀態的瞬時多變情況復雜,通常很難對結構剛度進行精確的理論計算。設計者只能對部分構件(如軸、絲杠等)用計算方法計算其剛度,而對床身、立柱、工作臺和箱體等零件的彎曲和扭轉變形,接合面的接觸變形等,只能將其簡化后進行近似計算,其計算結果往往與實際相差很大,故只能作為定性分析的參考。近年來,雖然在機床結構設計中采用有限元法進行分析計算,但是一般來講,在設計時仍需要對模型、實物或類似的樣機進行試驗、分析和對比以確定合理的結構方案,盡管如此,遵循下列原則和措施,仍可以合理地提高機床的結構剛度。 
         
         
          (1)正確選擇截面的形狀和尺寸 
         
         
          構件在承受彎曲和扭轉載荷后,其變形大小取決于斷面的抗彎和扭轉慣性矩,抗彎和扭轉慣性矩大的其剛度就高。表7-1列出了在斷面積相同(即重力相同)時各斷面形狀的慣性矩。從表中的數據可知:形狀相同的斷面,當保持相同的截面積時,應減小壁厚、加大截面的輪廓尺寸,圓形截面的抗扭剛度比方形截面的大,抗彎剛度則比方形截面的小;封閉式截面的剛度比不封閉式截面的剛度大很多;壁上開孔將使剛度下降,在孔周加上凸緣可使抗彎剛度得到恢復。 
         
         
          (2)合理選擇及布置隔板和筋條 
         
         
          合理布置支承件的隔板和筋條,可提高構件的靜、動剛度。圖7—1所示的幾種立柱的結構,在內部布置有縱、橫和對角筋板,對它們進行靜、動剛度試驗的結果列于表7—2中。其中以交叉筋板(序號5)的作用最好。 
         
         
          對一些薄壁構件,為減小壁面的翹曲和構件截面的畸變,可以在壁板上設置圖7—2所示的筋條,其中以蜂窩狀加強筋較好。它除了能提高構件剛度外,還能減小鑄造時的收縮應力。 
         
         
          (3) 提高構件的局部剛度 
         
         
          機床的導軌和支承件的聯接部件,往往是局部剛度最弱的部分,但是聯接方式對局部剛度的影響很大。圖7—3給出了導軌和床身聯接的幾種形式,如果導軌的尺寸較寬時,應用雙壁聯接型式,如圖中(d)、(e)、(f)。導軌較窄時,可用單壁或加厚的單壁聯接,或者在單壁上增加垂直筋條以提高局部剛度。 
         
         
          (4)選用焊接結構的構件 
         
         
          機床的床身、立柱等支承件,采用鋼板和型鋼焊接而成,具有減小質量提高剛度的顯著優點。鋼的彈性模量約為鑄鐵的兩倍,在形狀和輪廓尺寸相同的前提下,如要求焊接件與鑄件的剛度相同,則焊接件的壁厚只需鑄件的一半;如果要求局部剛度相同,則因局部剛度與壁厚的三次方成正比,所以焊接件的壁厚只需鑄件壁厚的80%左右。此外,無論是剛度相同以減輕質量,或者質量相同以提高剛度,都可以提高構件的諧振頻率,使共振不易發生。用鋼板焊接有可能將構件做成全封閉的箱形結構,從而有利于提高構件的剛度。
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