提高機(jī)床剛度的措施

姜蘭蘭

摘 要： 機(jī)床的剛度是指機(jī)床在負(fù)載的作用下抵制變形的一種能力。如果機(jī)床剛度不夠，那么在切削力及機(jī)床自身重力等作用下，機(jī)床的各部件因?yàn)槭芰Χ冃危瑢?dǎo)致工件和刀具相對位置的變化，從而影響機(jī)床的加工精度。本文著重從多方面探討機(jī)床剛度提高的基本措施。

關(guān)鍵詞： 機(jī)床 剛度 提高措施

近幾年，在機(jī)床構(gòu)造設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常采納有限元法分析計(jì)算，但是在設(shè)計(jì)時(shí)仍然需要對實(shí)物、模型或樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)、分析及對比，從而確定適合的結(jié)構(gòu)方案，雖然如此，但如果我們按照以下措施和原則，就能提高機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛度。

1.合理選擇構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式

1.1選擇適合的構(gòu)件截面尺寸和形狀

構(gòu)件在經(jīng)受扭轉(zhuǎn)載荷和彎曲之后，它的斷面扭轉(zhuǎn)慣性矩和抗彎決定其變形的大小，抗彎和轉(zhuǎn)慣性矩大的，它的剛度就較高。反之，抗彎和轉(zhuǎn)慣性矩小的，它的剛度就較低；在斷面積一致的前提條件下，經(jīng)過對各斷面形狀的慣矩分析可以知道：外形一致的斷面，如果保持一致的截面積，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)減少壁厚，同時(shí)應(yīng)當(dāng)增加截面的外形輪廓尺寸，方形抗扭剛度要比圓形的小，抗彎剛度要比圓形的大；不封閉截面剛度要比封閉式的剛度小很多；壁上開孔會(huì)使得其剛度降低，在孔的周圍加上凸緣能使抗彎剛度得以恢復(fù)[1]。

1.2合理選擇及布置隔板和筋條

支承件的隔板和筋條，如果合理布置能夠提高構(gòu)件的靜剛度和動(dòng)剛度。如下圖所示為七種立柱的基本結(jié)構(gòu)，內(nèi)部布置有橫、縱和對角筋板，假如對它們做靜剛度和動(dòng)剛度試驗(yàn)，結(jié)果表明交叉筋板的作用是最好的。

內(nèi)部布置橫、縱和對角筋板的立柱

對于某些薄壁構(gòu)件來說，為了減少構(gòu)件截面畸變和壁面翹曲，可以在壁板上設(shè)置筋條，實(shí)驗(yàn)表明設(shè)置蜂窩狀增強(qiáng)筋效果比較好，它除了能提高構(gòu)件剛度以外，還能減小鑄造時(shí)收縮應(yīng)力。

1.3提高構(gòu)件的局部剛度

機(jī)床支承件和導(dǎo)軌的連接部件，通常是局部剛度最為薄弱的一部分，然而連接方式對局部剛度的影響卻非常大，如果導(dǎo)軌的尺寸比較寬時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用雙壁連接型式。如果導(dǎo)軌比較窄時(shí)，可以采用單壁或加厚的單壁連接型式，或者在單壁上加上垂直筋條用以提升其局部剛度。

1.4選用焊接結(jié)構(gòu)的構(gòu)件

機(jī)床的床身和立柱等支承件，采納型鋼和鋼板焊接而成，具備減少質(zhì)量，提升剛度的優(yōu)勢。鋼的彈性模量約為鑄鐵的2倍，在外形和輪廓尺寸相同的情況下，如果使得焊接件與鑄件的剛度完全相同，那么焊接件的壁厚只需要鑄件的一半即可；如果使得局部剛度一致，那么由于局部剛度和壁厚的三次方是成正比的，故而焊接件的壁厚僅僅需要鑄件壁厚的80%左右即可。另外，不管剛度相同用以減少質(zhì)量，或質(zhì)量相同用以提升剛度，均可提高構(gòu)件的諧振頻率，使得共振不容易發(fā)生。用鋼板焊接或許會(huì)把構(gòu)件做成全封閉的箱形結(jié)構(gòu)，這樣對于提升構(gòu)件的剛度有利。

2.合理的結(jié)構(gòu)布局可以提高剛度

以臥式鏜床為例，其主軸箱大多是單面懸掛在立柱側(cè)面上，其重量會(huì)讓立柱發(fā)生彎曲變形，從而影響臥式鏜床的加工精度。而如果主軸箱的中心處于立柱對稱面內(nèi)部，其主軸箱的重量由于平衡而不會(huì)使得立柱變形，從而在同一切削力下所導(dǎo)致的立柱的扭轉(zhuǎn)和彎曲變形也大大減小，從另一方面來說，相當(dāng)于提高機(jī)床的剛度。數(shù)控機(jī)床的拖板和工作臺(tái)，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)尺寸的限制，數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)和拖板的厚度尺寸不能設(shè)計(jì)的太大，然而跨度或?qū)挾纫膊荒軠p少，所以導(dǎo)致剛度不足，為了彌補(bǔ)這一缺陷，除了主導(dǎo)軌以外，還要在懸伸部位增加輔助導(dǎo)軌，這樣就能大幅度提高工作臺(tái)和拖板的剛度。

3.采取補(bǔ)償構(gòu)件變形的結(jié)構(gòu)措施

當(dāng)能夠測出著力點(diǎn)相對變形的方向和大小，或能夠預(yù)知所用構(gòu)件的變形規(guī)律時(shí)，即可以采用相應(yīng)的措施補(bǔ)償變形用以消除影響，其補(bǔ)償?shù)男Ч喈?dāng)于提升機(jī)床本身的剛度。當(dāng)大型龍門銑床主軸部件當(dāng)移動(dòng)到梁的中間時(shí)，橫梁彎曲變形是最大的。由此可以把橫梁導(dǎo)軌作成中間為凸起的拋物線形狀，結(jié)果可以讓它的變形得以補(bǔ)償，或經(jīng)過在橫梁的里面安裝預(yù)校正螺釘和輔助橫梁對主導(dǎo)軌來預(yù)校正，同時(shí)也能夠用加平衡重的措施減小橫梁同主軸箱自身重量而導(dǎo)致的變形。臥式銑床主軸滑枕在伸出的時(shí)候，其自身重量下垂，且落地鏜銑床主軸套筒在伸出的時(shí)候，其重量也會(huì)下降，這兩者都能用加平衡重的措施減小或解除下垂。

4.采用正T字形布局方式，側(cè)掛式主軸箱，實(shí)現(xiàn)主軸的高轉(zhuǎn)速、大扭矩、高剛性

臥式銑鏜床的主軸是水平設(shè)置的，普通臥式加工中心有三個(gè)直線坐標(biāo)軸和一個(gè)回轉(zhuǎn)軸（或者回轉(zhuǎn)工作臺(tái)），能夠加工零件的各個(gè)側(cè)面，也能夠做多坐標(biāo)的合運(yùn)動(dòng)以用來加工復(fù)雜的空間曲面。臥式銑鏜床比較適宜于孔系類零件的加工。臥式銑鏜床的結(jié)構(gòu)一般情況下包括以下六個(gè)部分：（1）基礎(chǔ)構(gòu)造：它是臥式銑鏜床的基本構(gòu)造，是由工作臺(tái)和床身等構(gòu)成，它承受機(jī)床的靜載荷和在加工時(shí)所帶來的大部分切削負(fù)載，所以必須有足夠的剛度。（2）主軸系統(tǒng)是機(jī)床能夠旋轉(zhuǎn)動(dòng)的主要執(zhí)行部分，主要是由主軸、主軸電動(dòng)機(jī)和軸承等零部件有機(jī)組成的。（3）電動(dòng)機(jī)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和進(jìn)給構(gòu)造等組成的，主要是用來實(shí)現(xiàn)銑鏜床坐標(biāo)軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或者直線運(yùn)動(dòng)，對于銑鏜床的運(yùn)動(dòng)和使用性能等相關(guān)方面起到關(guān)鍵的作用。（4）數(shù)字控制部分：銑鏜床的數(shù)字控制系統(tǒng)是選用SIEMENS系統(tǒng)，是由PLC、伺服驅(qū)動(dòng)執(zhí)行裝置和操作面板等組成的。（5）自動(dòng)換刀部分是由附件頭等部件構(gòu)成[1]。（6）輔助部分是由液壓、排屑、冷卻、潤滑、防護(hù)和檢測系統(tǒng)等構(gòu)成的，它們不直接參與切削運(yùn)動(dòng)，然而對于臥式銑鏜床的加工精度連貫性、效率和可靠性能起到一定的保障，所以是數(shù)控加工中心必不可少的一部分[2]。

在高速精密臥式銑鏜床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，除了要考慮其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)外，還需要著重考慮實(shí)現(xiàn)高速和高精度的要求。因此這一類機(jī)床應(yīng)具有特殊的結(jié)構(gòu)要求。譬如對機(jī)床基本部件的要求為：高速加工對臥式銑鏜床基本結(jié)構(gòu)的主要要求是熱剛度高、靜剛度高及動(dòng)剛度高。為此需要在臥式銑鏜床的布局上要充分考慮到整體型結(jié)構(gòu)形式和高剛性的箱形；同時(shí)，在選擇材料時(shí)必須選擇阻尼系數(shù)較高、彈性模量較大的合適材料，比如鑄鐵等作為床身、工作臺(tái)等構(gòu)造部件的基礎(chǔ)材料[3]。

5.結(jié)語

通過分析研究，我們在研制機(jī)床時(shí)，其結(jié)構(gòu)如果采用側(cè)掛式主軸箱，正T字形布局方式，具有可伸出鏜桿，就可以大大提高整個(gè)系統(tǒng)的剛性。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜華.高速精密臥式加工中心開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)研究[M].2007.

[2]李慶興.異型軋輥數(shù)控車床切削進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論及其關(guān)鍵技術(shù)研究[M]，2009.

[3]陳施光，趙宏林等.XK713數(shù)控鏜銑床整機(jī)靜動(dòng)態(tài)特性分析[J].2010（38）.endprint

摘 要： 機(jī)床的剛度是指機(jī)床在負(fù)載的作用下抵制變形的一種能力。如果機(jī)床剛度不夠，那么在切削力及機(jī)床自身重力等作用下，機(jī)床的各部件因?yàn)槭芰Χ冃危瑢?dǎo)致工件和刀具相對位置的變化，從而影響機(jī)床的加工精度。本文著重從多方面探討機(jī)床剛度提高的基本措施。

關(guān)鍵詞： 機(jī)床 剛度 提高措施

近幾年，在機(jī)床構(gòu)造設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常采納有限元法分析計(jì)算，但是在設(shè)計(jì)時(shí)仍然需要對實(shí)物、模型或樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)、分析及對比，從而確定適合的結(jié)構(gòu)方案，雖然如此，但如果我們按照以下措施和原則，就能提高機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛度。

1.合理選擇構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式

1.1選擇適合的構(gòu)件截面尺寸和形狀

構(gòu)件在經(jīng)受扭轉(zhuǎn)載荷和彎曲之后，它的斷面扭轉(zhuǎn)慣性矩和抗彎決定其變形的大小，抗彎和轉(zhuǎn)慣性矩大的，它的剛度就較高。反之，抗彎和轉(zhuǎn)慣性矩小的，它的剛度就較低；在斷面積一致的前提條件下，經(jīng)過對各斷面形狀的慣矩分析可以知道：外形一致的斷面，如果保持一致的截面積，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)減少壁厚，同時(shí)應(yīng)當(dāng)增加截面的外形輪廓尺寸，方形抗扭剛度要比圓形的小，抗彎剛度要比圓形的大；不封閉截面剛度要比封閉式的剛度小很多；壁上開孔會(huì)使得其剛度降低，在孔的周圍加上凸緣能使抗彎剛度得以恢復(fù)[1]。

1.2合理選擇及布置隔板和筋條

支承件的隔板和筋條，如果合理布置能夠提高構(gòu)件的靜剛度和動(dòng)剛度。如下圖所示為七種立柱的基本結(jié)構(gòu)，內(nèi)部布置有橫、縱和對角筋板，假如對它們做靜剛度和動(dòng)剛度試驗(yàn)，結(jié)果表明交叉筋板的作用是最好的。

內(nèi)部布置橫、縱和對角筋板的立柱

對于某些薄壁構(gòu)件來說，為了減少構(gòu)件截面畸變和壁面翹曲，可以在壁板上設(shè)置筋條，實(shí)驗(yàn)表明設(shè)置蜂窩狀增強(qiáng)筋效果比較好，它除了能提高構(gòu)件剛度以外，還能減小鑄造時(shí)收縮應(yīng)力。

1.3提高構(gòu)件的局部剛度

機(jī)床支承件和導(dǎo)軌的連接部件，通常是局部剛度最為薄弱的一部分，然而連接方式對局部剛度的影響卻非常大，如果導(dǎo)軌的尺寸比較寬時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用雙壁連接型式。如果導(dǎo)軌比較窄時(shí)，可以采用單壁或加厚的單壁連接型式，或者在單壁上加上垂直筋條用以提升其局部剛度。

1.4選用焊接結(jié)構(gòu)的構(gòu)件

機(jī)床的床身和立柱等支承件，采納型鋼和鋼板焊接而成，具備減少質(zhì)量，提升剛度的優(yōu)勢。鋼的彈性模量約為鑄鐵的2倍，在外形和輪廓尺寸相同的情況下，如果使得焊接件與鑄件的剛度完全相同，那么焊接件的壁厚只需要鑄件的一半即可；如果使得局部剛度一致，那么由于局部剛度和壁厚的三次方是成正比的，故而焊接件的壁厚僅僅需要鑄件壁厚的80%左右即可。另外，不管剛度相同用以減少質(zhì)量，或質(zhì)量相同用以提升剛度，均可提高構(gòu)件的諧振頻率，使得共振不容易發(fā)生。用鋼板焊接或許會(huì)把構(gòu)件做成全封閉的箱形結(jié)構(gòu)，這樣對于提升構(gòu)件的剛度有利。

2.合理的結(jié)構(gòu)布局可以提高剛度

以臥式鏜床為例，其主軸箱大多是單面懸掛在立柱側(cè)面上，其重量會(huì)讓立柱發(fā)生彎曲變形，從而影響臥式鏜床的加工精度。而如果主軸箱的中心處于立柱對稱面內(nèi)部，其主軸箱的重量由于平衡而不會(huì)使得立柱變形，從而在同一切削力下所導(dǎo)致的立柱的扭轉(zhuǎn)和彎曲變形也大大減小，從另一方面來說，相當(dāng)于提高機(jī)床的剛度。數(shù)控機(jī)床的拖板和工作臺(tái)，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)尺寸的限制，數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)和拖板的厚度尺寸不能設(shè)計(jì)的太大，然而跨度或?qū)挾纫膊荒軠p少，所以導(dǎo)致剛度不足，為了彌補(bǔ)這一缺陷，除了主導(dǎo)軌以外，還要在懸伸部位增加輔助導(dǎo)軌，這樣就能大幅度提高工作臺(tái)和拖板的剛度。

3.采取補(bǔ)償構(gòu)件變形的結(jié)構(gòu)措施

當(dāng)能夠測出著力點(diǎn)相對變形的方向和大小，或能夠預(yù)知所用構(gòu)件的變形規(guī)律時(shí)，即可以采用相應(yīng)的措施補(bǔ)償變形用以消除影響，其補(bǔ)償?shù)男Ч喈?dāng)于提升機(jī)床本身的剛度。當(dāng)大型龍門銑床主軸部件當(dāng)移動(dòng)到梁的中間時(shí)，橫梁彎曲變形是最大的。由此可以把橫梁導(dǎo)軌作成中間為凸起的拋物線形狀，結(jié)果可以讓它的變形得以補(bǔ)償，或經(jīng)過在橫梁的里面安裝預(yù)校正螺釘和輔助橫梁對主導(dǎo)軌來預(yù)校正，同時(shí)也能夠用加平衡重的措施減小橫梁同主軸箱自身重量而導(dǎo)致的變形。臥式銑床主軸滑枕在伸出的時(shí)候，其自身重量下垂，且落地鏜銑床主軸套筒在伸出的時(shí)候，其重量也會(huì)下降，這兩者都能用加平衡重的措施減小或解除下垂。

4.采用正T字形布局方式，側(cè)掛式主軸箱，實(shí)現(xiàn)主軸的高轉(zhuǎn)速、大扭矩、高剛性

臥式銑鏜床的主軸是水平設(shè)置的，普通臥式加工中心有三個(gè)直線坐標(biāo)軸和一個(gè)回轉(zhuǎn)軸（或者回轉(zhuǎn)工作臺(tái)），能夠加工零件的各個(gè)側(cè)面，也能夠做多坐標(biāo)的合運(yùn)動(dòng)以用來加工復(fù)雜的空間曲面。臥式銑鏜床比較適宜于孔系類零件的加工。臥式銑鏜床的結(jié)構(gòu)一般情況下包括以下六個(gè)部分：（1）基礎(chǔ)構(gòu)造：它是臥式銑鏜床的基本構(gòu)造，是由工作臺(tái)和床身等構(gòu)成，它承受機(jī)床的靜載荷和在加工時(shí)所帶來的大部分切削負(fù)載，所以必須有足夠的剛度。（2）主軸系統(tǒng)是機(jī)床能夠旋轉(zhuǎn)動(dòng)的主要執(zhí)行部分，主要是由主軸、主軸電動(dòng)機(jī)和軸承等零部件有機(jī)組成的。（3）電動(dòng)機(jī)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和進(jìn)給構(gòu)造等組成的，主要是用來實(shí)現(xiàn)銑鏜床坐標(biāo)軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或者直線運(yùn)動(dòng)，對于銑鏜床的運(yùn)動(dòng)和使用性能等相關(guān)方面起到關(guān)鍵的作用。（4）數(shù)字控制部分：銑鏜床的數(shù)字控制系統(tǒng)是選用SIEMENS系統(tǒng)，是由PLC、伺服驅(qū)動(dòng)執(zhí)行裝置和操作面板等組成的。（5）自動(dòng)換刀部分是由附件頭等部件構(gòu)成[1]。（6）輔助部分是由液壓、排屑、冷卻、潤滑、防護(hù)和檢測系統(tǒng)等構(gòu)成的，它們不直接參與切削運(yùn)動(dòng)，然而對于臥式銑鏜床的加工精度連貫性、效率和可靠性能起到一定的保障，所以是數(shù)控加工中心必不可少的一部分[2]。

在高速精密臥式銑鏜床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，除了要考慮其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)外，還需要著重考慮實(shí)現(xiàn)高速和高精度的要求。因此這一類機(jī)床應(yīng)具有特殊的結(jié)構(gòu)要求。譬如對機(jī)床基本部件的要求為：高速加工對臥式銑鏜床基本結(jié)構(gòu)的主要要求是熱剛度高、靜剛度高及動(dòng)剛度高。為此需要在臥式銑鏜床的布局上要充分考慮到整體型結(jié)構(gòu)形式和高剛性的箱形；同時(shí)，在選擇材料時(shí)必須選擇阻尼系數(shù)較高、彈性模量較大的合適材料，比如鑄鐵等作為床身、工作臺(tái)等構(gòu)造部件的基礎(chǔ)材料[3]。

5.結(jié)語

通過分析研究，我們在研制機(jī)床時(shí)，其結(jié)構(gòu)如果采用側(cè)掛式主軸箱，正T字形布局方式，具有可伸出鏜桿，就可以大大提高整個(gè)系統(tǒng)的剛性。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜華.高速精密臥式加工中心開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)研究[M].2007.

[2]李慶興.異型軋輥數(shù)控車床切削進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論及其關(guān)鍵技術(shù)研究[M]，2009.

[3]陳施光，趙宏林等.XK713數(shù)控鏜銑床整機(jī)靜動(dòng)態(tài)特性分析[J].2010（38）.endprint

摘 要： 機(jī)床的剛度是指機(jī)床在負(fù)載的作用下抵制變形的一種能力。如果機(jī)床剛度不夠，那么在切削力及機(jī)床自身重力等作用下，機(jī)床的各部件因?yàn)槭芰Χ冃?，?dǎo)致工件和刀具相對位置的變化，從而影響機(jī)床的加工精度。本文著重從多方面探討機(jī)床剛度提高的基本措施。

關(guān)鍵詞： 機(jī)床 剛度 提高措施

近幾年，在機(jī)床構(gòu)造設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常采納有限元法分析計(jì)算，但是在設(shè)計(jì)時(shí)仍然需要對實(shí)物、模型或樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)、分析及對比，從而確定適合的結(jié)構(gòu)方案，雖然如此，但如果我們按照以下措施和原則，就能提高機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛度。

1.合理選擇構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式

1.1選擇適合的構(gòu)件截面尺寸和形狀

構(gòu)件在經(jīng)受扭轉(zhuǎn)載荷和彎曲之后，它的斷面扭轉(zhuǎn)慣性矩和抗彎決定其變形的大小，抗彎和轉(zhuǎn)慣性矩大的，它的剛度就較高。反之，抗彎和轉(zhuǎn)慣性矩小的，它的剛度就較低；在斷面積一致的前提條件下，經(jīng)過對各斷面形狀的慣矩分析可以知道：外形一致的斷面，如果保持一致的截面積，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)減少壁厚，同時(shí)應(yīng)當(dāng)增加截面的外形輪廓尺寸，方形抗扭剛度要比圓形的小，抗彎剛度要比圓形的大；不封閉截面剛度要比封閉式的剛度小很多；壁上開孔會(huì)使得其剛度降低，在孔的周圍加上凸緣能使抗彎剛度得以恢復(fù)[1]。

1.2合理選擇及布置隔板和筋條

支承件的隔板和筋條，如果合理布置能夠提高構(gòu)件的靜剛度和動(dòng)剛度。如下圖所示為七種立柱的基本結(jié)構(gòu)，內(nèi)部布置有橫、縱和對角筋板，假如對它們做靜剛度和動(dòng)剛度試驗(yàn)，結(jié)果表明交叉筋板的作用是最好的。

內(nèi)部布置橫、縱和對角筋板的立柱

對于某些薄壁構(gòu)件來說，為了減少構(gòu)件截面畸變和壁面翹曲，可以在壁板上設(shè)置筋條，實(shí)驗(yàn)表明設(shè)置蜂窩狀增強(qiáng)筋效果比較好，它除了能提高構(gòu)件剛度以外，還能減小鑄造時(shí)收縮應(yīng)力。

1.3提高構(gòu)件的局部剛度

機(jī)床支承件和導(dǎo)軌的連接部件，通常是局部剛度最為薄弱的一部分，然而連接方式對局部剛度的影響卻非常大，如果導(dǎo)軌的尺寸比較寬時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用雙壁連接型式。如果導(dǎo)軌比較窄時(shí)，可以采用單壁或加厚的單壁連接型式，或者在單壁上加上垂直筋條用以提升其局部剛度。

1.4選用焊接結(jié)構(gòu)的構(gòu)件

機(jī)床的床身和立柱等支承件，采納型鋼和鋼板焊接而成，具備減少質(zhì)量，提升剛度的優(yōu)勢。鋼的彈性模量約為鑄鐵的2倍，在外形和輪廓尺寸相同的情況下，如果使得焊接件與鑄件的剛度完全相同，那么焊接件的壁厚只需要鑄件的一半即可；如果使得局部剛度一致，那么由于局部剛度和壁厚的三次方是成正比的，故而焊接件的壁厚僅僅需要鑄件壁厚的80%左右即可。另外，不管剛度相同用以減少質(zhì)量，或質(zhì)量相同用以提升剛度，均可提高構(gòu)件的諧振頻率，使得共振不容易發(fā)生。用鋼板焊接或許會(huì)把構(gòu)件做成全封閉的箱形結(jié)構(gòu)，這樣對于提升構(gòu)件的剛度有利。

2.合理的結(jié)構(gòu)布局可以提高剛度

以臥式鏜床為例，其主軸箱大多是單面懸掛在立柱側(cè)面上，其重量會(huì)讓立柱發(fā)生彎曲變形，從而影響臥式鏜床的加工精度。而如果主軸箱的中心處于立柱對稱面內(nèi)部，其主軸箱的重量由于平衡而不會(huì)使得立柱變形，從而在同一切削力下所導(dǎo)致的立柱的扭轉(zhuǎn)和彎曲變形也大大減小，從另一方面來說，相當(dāng)于提高機(jī)床的剛度。數(shù)控機(jī)床的拖板和工作臺(tái)，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)尺寸的限制，數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)和拖板的厚度尺寸不能設(shè)計(jì)的太大，然而跨度或?qū)挾纫膊荒軠p少，所以導(dǎo)致剛度不足，為了彌補(bǔ)這一缺陷，除了主導(dǎo)軌以外，還要在懸伸部位增加輔助導(dǎo)軌，這樣就能大幅度提高工作臺(tái)和拖板的剛度。

3.采取補(bǔ)償構(gòu)件變形的結(jié)構(gòu)措施

當(dāng)能夠測出著力點(diǎn)相對變形的方向和大小，或能夠預(yù)知所用構(gòu)件的變形規(guī)律時(shí)，即可以采用相應(yīng)的措施補(bǔ)償變形用以消除影響，其補(bǔ)償?shù)男Ч喈?dāng)于提升機(jī)床本身的剛度。當(dāng)大型龍門銑床主軸部件當(dāng)移動(dòng)到梁的中間時(shí)，橫梁彎曲變形是最大的。由此可以把橫梁導(dǎo)軌作成中間為凸起的拋物線形狀，結(jié)果可以讓它的變形得以補(bǔ)償，或經(jīng)過在橫梁的里面安裝預(yù)校正螺釘和輔助橫梁對主導(dǎo)軌來預(yù)校正，同時(shí)也能夠用加平衡重的措施減小橫梁同主軸箱自身重量而導(dǎo)致的變形。臥式銑床主軸滑枕在伸出的時(shí)候，其自身重量下垂，且落地鏜銑床主軸套筒在伸出的時(shí)候，其重量也會(huì)下降，這兩者都能用加平衡重的措施減小或解除下垂。

4.采用正T字形布局方式，側(cè)掛式主軸箱，實(shí)現(xiàn)主軸的高轉(zhuǎn)速、大扭矩、高剛性

臥式銑鏜床的主軸是水平設(shè)置的，普通臥式加工中心有三個(gè)直線坐標(biāo)軸和一個(gè)回轉(zhuǎn)軸（或者回轉(zhuǎn)工作臺(tái)），能夠加工零件的各個(gè)側(cè)面，也能夠做多坐標(biāo)的合運(yùn)動(dòng)以用來加工復(fù)雜的空間曲面。臥式銑鏜床比較適宜于孔系類零件的加工。臥式銑鏜床的結(jié)構(gòu)一般情況下包括以下六個(gè)部分：（1）基礎(chǔ)構(gòu)造：它是臥式銑鏜床的基本構(gòu)造，是由工作臺(tái)和床身等構(gòu)成，它承受機(jī)床的靜載荷和在加工時(shí)所帶來的大部分切削負(fù)載，所以必須有足夠的剛度。（2）主軸系統(tǒng)是機(jī)床能夠旋轉(zhuǎn)動(dòng)的主要執(zhí)行部分，主要是由主軸、主軸電動(dòng)機(jī)和軸承等零部件有機(jī)組成的。（3）電動(dòng)機(jī)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和進(jìn)給構(gòu)造等組成的，主要是用來實(shí)現(xiàn)銑鏜床坐標(biāo)軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或者直線運(yùn)動(dòng)，對于銑鏜床的運(yùn)動(dòng)和使用性能等相關(guān)方面起到關(guān)鍵的作用。（4）數(shù)字控制部分：銑鏜床的數(shù)字控制系統(tǒng)是選用SIEMENS系統(tǒng)，是由PLC、伺服驅(qū)動(dòng)執(zhí)行裝置和操作面板等組成的。（5）自動(dòng)換刀部分是由附件頭等部件構(gòu)成[1]。（6）輔助部分是由液壓、排屑、冷卻、潤滑、防護(hù)和檢測系統(tǒng)等構(gòu)成的，它們不直接參與切削運(yùn)動(dòng)，然而對于臥式銑鏜床的加工精度連貫性、效率和可靠性能起到一定的保障，所以是數(shù)控加工中心必不可少的一部分[2]。

在高速精密臥式銑鏜床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，除了要考慮其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)外，還需要著重考慮實(shí)現(xiàn)高速和高精度的要求。因此這一類機(jī)床應(yīng)具有特殊的結(jié)構(gòu)要求。譬如對機(jī)床基本部件的要求為：高速加工對臥式銑鏜床基本結(jié)構(gòu)的主要要求是熱剛度高、靜剛度高及動(dòng)剛度高。為此需要在臥式銑鏜床的布局上要充分考慮到整體型結(jié)構(gòu)形式和高剛性的箱形；同時(shí)，在選擇材料時(shí)必須選擇阻尼系數(shù)較高、彈性模量較大的合適材料，比如鑄鐵等作為床身、工作臺(tái)等構(gòu)造部件的基礎(chǔ)材料[3]。

5.結(jié)語

通過分析研究，我們在研制機(jī)床時(shí)，其結(jié)構(gòu)如果采用側(cè)掛式主軸箱，正T字形布局方式，具有可伸出鏜桿，就可以大大提高整個(gè)系統(tǒng)的剛性。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜華.高速精密臥式加工中心開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)研究[M].2007.

[2]李慶興.異型軋輥數(shù)控車床切削進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論及其關(guān)鍵技術(shù)研究[M]，2009.

[3]陳施光，趙宏林等.XK713數(shù)控鏜銑床整機(jī)靜動(dòng)態(tài)特性分析[J].2010（38）.endprint