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鬥山機床支承件

發布者:百家樂技巧機械  發布時間:2016/6/15 7:37:08

鬥山機床的支承件主要指床身、立柱、橫梁、底座等大件,它的作用是支承零部件,並保證它們的相互位置及承受各種作用力。承受加工時的進給力和動態力,如重力、切削力、摩擦力、夾緊力和慣性力。支承件不僅支承著主軸箱、床鞍、工作台、自動換刀裝置等鬥山機床部件,而且支承件一般附有導軌,導軌主要起導向定位作用,以保證各部件正確的相對位置及運動。此外,其內部空間可存儲切削液、潤滑液以及放置液壓裝置和電氣裝置等。
一、對支承件的基本要求
支承件的種類很多,它們的形態、幾何尺寸和材料是多種多樣的,但它們都應滿足下列基本要求:
1、剛度要求支承件剛度是指支承件在恒定載荷和交變載荷作用下抵抗變形的能力。前者稱為靜剛度,後者稱為動剛度。靜剛度取決於支承件本身的結構剛度和接觸剛度。動剛度不僅與靜剛度有關,而且與支承件係統的阻尼、固有頻率有關。
支承件要有足夠的剛度,即在外載荷作用下,變形量不得超過允許值。
2、抗振性要求支承件的抗振性是指其抵抗受迫振動和自激振動的能力。鬥山機床在切削加工時產生振動,將會影響加工質量和刀具的壽命,影響鬥山機床的生產率。振動常常成為機;噪聲的主要原因之一,因此支承件應有足夠的抗振性,具有合乎要求的動態特性。
3、熱變形和內應力要求支承件應具有比較小的熱變形和內應力,這對於精密鬥山機床更為重要。
4、其他要求支承件設計時還應便於排屑,吊運安全,合理安置液壓、電器部件,並具有良好的工藝性。
二、支承件的剛度、抗振性和抗熱變形
1、支承件的剮度影響支承件剛度的因素是支承件的受力狀態、支承件的材料和支承件的結構等因素。
改善支承件的受力狀態,如使受力點靠近高剮度的支承點附近,降低彎矩和扭矩,可以降低變形量,提高支承件的剮度。
采用高剛性的材料。如人造花崗岩、樹脂混凝土和高質量的鋼、鐵材料等,提高材料的料;焊接鋼的阻尼和固有頻率有大幅度的提高,工藝性比鑄鐵好,現在也常作為床身材
彈性模量,從而提高支承件的剛度。
采用合理的結構加大接觸剮度,提高支承件的剛度。整體結構的剮度大於分體的剛度。在支承件分體時,提高表麵接觸麵積,加大預緊力,可較好的提高接觸剛度。在支承件自身結構中,在材料截麵麵積相同的條件下,空心結構的剛度比實心結構好;封閉式結構的剛度大於開式結構的剛度;方形截麵的抗彎剛度大於圓形截麵的抗彎剛度,而圓形截麵的抗扭剛度高於方形截麵的抗扭剮度。根據受力情況,選擇好截麵形狀,能提高支承件的剛度。配置好加強肋板和加強肋,能顯著地提高支承件的剛度。肋板連接了支承件的兩壁,縱向肋板主要提高抗彎剛度,橫向肋板主要提高抗扭剮度,斜向肋板兼有提高抗彎和抗扭剛度。肋條被製在支承件的內壁上,主要是為了提高局部剮度,減少局部變形和薄壁振動。肋條也有縱向、橫向和斜向的。如圖7-73所示,圖中口字型肋條最簡單;縱橫肋條,直角相交也容易製造,但容易產生內應力;三角形分布肋條能夠保證足夠的剛度,多用於矩形截麵床身的寬壁處;肋條交叉布置,能提高剛度,常用於重要床身的寬壁上;蜂窩型肋條,用於平板上,由於各方麵能均勻收縮,所以內應力小;井字肋條其單元壁板的抗彎剛度接近米字形,但剛度是米字形的二分之一。米字形鑄造困難,所以一般鑄鐵床身采用井字形,焊接床身米字型。肋條的高度一般不得大於支承件壁厚的5倍,肋條的厚度一般是床身壁厚的00.8倍。
采用平衡和預變形的方法,降低變形量,提高剛度,如加工中心主軸箱的平衡等。
2.支承件的抗振性支承件抗振性的影響因素是;支承件的靜剛度、支承件的固有頻率、支承件的阻尼、支承件的支撐情況和支承件的材料等。
采用高阻尼材料,提高抗振性。如鑄鐵的阻尼是鋼的兩倍,所以常用作為支承件的材料料;焊接鋼的阻尼和固有頻率有了大幅度的提高,工藝性比鑄鐵好,現在也常作為床身材

料;還有如樹脂粘接的混凝土、花崗岩等材料做床身底座。
采用高阻尼部件,如液壓導軌,提高抗振能力;也可在材料的表麵,塗貼阻尼材料,增大吸振能力;在支承件內填充泥芯、混凝土等阻尼材料,提高抗振性。
改善支承件的支承條件,如采用消振墊,加固地基,移開振源,提高抗振能力。鬥山機床支承在墊鐵上時,抗振效果最差;在混凝土地基上,較好;而在橡膠消振墊上則抗振性最好。
當然,提高支承件的靜剛度,就可提高動剛度,加大抗振能力。在鬥山機床設計中,把振源與支承件分開。如把電動機、傳動裝置、液壓與冷卻液裝置等移出支承件,單獨放置。
3.支承件的熱變形支承件的熱變形的影響因素是:支承件的結構、運動部位的發熱和外麵熱源(如室溫、切屑和電動機)等。
在鬥山機床結構方麵,采用熱對稱結構,如臥式加工中心的框式雙立柱結構、數控車床的傾斜床身、平床身和斜滑板結構、在加工中心上配有山形導軌防護罩和在鬥山機床上配有自動排屑裝置等。
在鬥山機床上采取熱平衡措施,如在支承件上包一層隔熱層,使支承件在室溫變化時能保持溫度場均勻。隔離熱源,將熱源移出支承件。
在鬥山機床上采取控製溫升的措施,如對鬥山機床發熱部位(主軸箱、靜壓導軌等)采取散熱、風冷和液冷等溫控措施,對切削部位采用大切削液量來排除切削熱,用大量冷卻液循環散熱和用冷卻裝置製冷以控製溫升。
采用熱位移補償,預測熱變形規律,建立數學模型存人計算機中進行實時補償。
三、鬥山機床主要支承件結構
1.床身床身是鬥山機床的基礎件,要求具有足夠高的靜、動剛度和精度保持性。床身設計受鬥山機床總體設計的製約,在滿足總體設計要求的前提下,應盡可能做到既要結構合理、肋板布置恰當,又要保證良好的冷、熱加工工藝性。
(1)移動立柱式臥式床身移動立柱式臥式床身,通常都采用T型床身。它是由橫置的前床身(亦叫橫床身)和與它垂直的後床身(亦叫縱床身)組成。T形床身,有作成整體的,也有前、後床身分開組裝的。整體式床身,剛性和精度保持性都比較好,但是卻給鑄造和加工帶來很大不便,尤其是大、中型鬥山機床的整體床身,要想製造,就非有大型設備不可。分離式T型床身,鑄造工藝性和加工工藝性大大改善。前、後床身聯結處要配對刮研,連接時用定位鍵或特別的專用定位銷(按現場鉸刀的錐角,配磨圓柱銷的錐角)定位,然後沿截麵四周,用大螺栓緊緊固緊。這樣聯接的床身,在剛度和精度保持方麵,能基本滿足使用要求。因此是大、中型臥式鬥山機床常用的結構形式。圖7-74所示為臥式加工中心分離式T型床身。床身的截麵形狀,受鬥山機床結構設計條件和鑄造能力的製約以及各廠家習慣的影響,種類繁多。
圖7-75為TH6350型臥式加工中心前床身截麵圖。采用箱型結構,結合斜直組合布置肋板以提高床身的抗彎、抗扭能力。
(2)固定立柱式臥式床身小型臥式鬥山機床多數采用固定立柱式,而且床身也不大,故大多采用整體結構,如圖7-76所示。
當工作台在溜板上移動時,由於床身導軌跨距較窄,致使工作台在行程兩端時容易出現翹曲,影響加工精度。為了避免工作台翹曲,有些立式床身增設了輔助導軌保證了移動部件的剛性,如圖7-77所示。
(3)數控臥式車床床身數控臥式車床身,為提高床身的剛性,一般采用斜床身,斜床身可以改善鬥山機床切削加工時的受力情況,截麵可以形成封閉的腔形結構,如圖7-78所示,床身剛度好。其內部可以填充泥芯和混凝土等阻尼材料,在振動時利用相對磨損來耗散振動能量。大件的泥芯留在鑄件內,可以提高結構的阻尼特性。
如圖7-79所示為兩種車床床身的結構及動態對比圖示。填充泥芯床身的阻尼顯著增加。
圖7-80為德國DNE480L型數控車床底座和床身示意圖,底座內所填充的混凝土的內摩擦阻力較高,再配以封沙的床身,使鬥山機床有較高的抗振性。該鬥山機床為四麵密封結構,中間導軌後有縱向肋條,縱向每隔250mm有一橫隔板。床身封閉截麵可提高抗彎和抗扭剛度、縱向肋條可提高中間導軌的局部剛度、隔板可減少截麵的變形。
2.立柱
(1)臥式鬥山機床的立柱目前普遍采用的是如圖7-81所示的雙立柱框架結構形式。
小型臥式鬥山機床,立柱直接固定於床身上,而大、中型臥式鬥山機床的移動立柱,則固定於滑座上。主軸箱裝在雙立柱的中間,如圖7-82所示,沿立柱導軌上下運動。
臥式鬥山機床立柱結構的優點是:1)剛性好,主軸承受切削力時,力的作用點在立柱中央因此立柱受扭矩力的因素少,加之立柱的對稱形狀,大大加強了剛度,2)熱對稱性好,主軸箱是鬥山機床的主要熱源,而它正好處在雙立柱的中間,使立柱結構成為熱對稱結構,這就減少了熱變形的影響;3)穩定性好,由於立柱內部肋板采用框架結構箱式布置,使立柱的抗彎、抗扭剛度,以及構件的固有頻率都得到提高。圖7-83所示為臥式加工中心立柱的橫向裁麵形狀。臥式立柱結構的缺點是:製造工藝性差,裝配、調試不方便。
(2)立式鬥山機床的立柱因為主軸箱懸掛在立柱一側,可參見jCS-018加工中心布局。一般采用封閉的箱型結構,內部肋板常采用米字形的,由於米字形肋板鑄造時較為困難,有些立柱仍采用井字形的肋板。由於平衡主軸箱重量的平衡錘,一般設在立柱內腔裏,隨主軸箱的升降而升降。采用這種平衡方式的立式鬥山機床立柱,內腔是中空的,參見JCS-018的立柱結構。為加強立柱的剛性也可以采用斜方雙層壁和對角線交叉肋板(如圖784所示),都有很高的抗扭剛度和抗彎剛度,而且單位重量的剛度比其它結構的高。


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