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斗山机床支承件

发布者:新迈特机械  发布时间:2016/6/15 7:37:08

斗山机床的支承件主要指床身、立柱、横梁、底座等大件,它的作用是支承零部件,并保证它们的相互位置及承受各种作用力。承受加工时的进给力和动态力,如重力、切削力、摩擦力、夹紧力和惯性力。支承件不仅支承着主轴箱、床鞍、工作台、自动换刀装置等斗山机床部件,而且支承件一般附有导轨,导轨主要起导向定位作用,以保证各部件正确的相对位置及运动。此外,其内部空间可存储切削液、润滑液以及放置液压装置和电气装置等。
一、对支承件的基本要求
支承件的种类很多,它们的形态、几何尺寸和材料是多种多样的,但它们都应满足下列基本要求:
1、刚度要求支承件刚度是指支承件在恒定载荷和交变载荷作用下抵抗变形的能力。前者称为静刚度,后者称为动刚度。静刚度取决于支承件本身的结构刚度和接触刚度。动刚度不仅与静刚度有关,而且与支承件系统的阻尼、固有频率有关。
支承件要有足够的刚度,即在外载荷作用下,变形量不得超过允许值。
2、抗振性要求支承件的抗振性是指其抵抗受迫振动和自激振动的能力。斗山机床在切削加工时产生振动,将会影响加工质量和刀具的寿命,影响斗山机床的生产率。振动常常成为机;噪声的主要原因之一,因此支承件应有足够的抗振性,具有合乎要求的动态特性。
3、热变形和内应力要求支承件应具有比较小的热变形和内应力,这对于精密斗山机床更为重要。
4、其他要求支承件设计时还应便于排屑,吊运安全,合理安置液压、电器部件,并具有良好的工艺性。
二、支承件的刚度、抗振性和抗热变形
1、支承件的剐度影响支承件刚度的因素是支承件的受力状态、支承件的材料和支承件的结构等因素。
改善支承件的受力状态,如使受力点靠近高剐度的支承点附近,降低弯矩和扭矩,可以降低变形量,提高支承件的剐度。
采用高刚性的材料。如人造花岗岩、树脂混凝土和高质量的钢、铁材料等,提高材料的料;焊接钢的阻尼和固有频率有大幅度的提高,工艺性比铸铁好,现在也常作为床身材
弹性模量,从而提高支承件的刚度。
采用合理的结构加大接触剐度,提高支承件的刚度。整体结构的剐度大于分体的刚度。在支承件分体时,提高表面接触面积,加大预紧力,可较好的提高接触刚度。在支承件自身结构中,在材料截面面积相同的条件下,空心结构的刚度比实心结构好;封闭式结构的刚度大于开式结构的刚度;方形截面的抗弯刚度大于圆形截面的抗弯刚度,而圆形截面的抗扭刚度高于方形截面的抗扭剐度。根据受力情况,选择好截面形状,能提高支承件的刚度。配置好加强肋板和加强肋,能显著地提高支承件的刚度。肋板连接了支承件的两壁,纵向肋板主要提高抗弯刚度,横向肋板主要提高抗扭剐度,斜向肋板兼有提高抗弯和抗扭刚度。肋条被制在支承件的内壁上,主要是为了提高局部剐度,减少局部变形和薄壁振动。肋条也有纵向、横向和斜向的。如图7-73所示,图中口字型肋条最简单;纵横肋条,直角相交也容易制造,但容易产生内应力;三角形分布肋条能够保证足够的刚度,多用于矩形截面床身的宽壁处;肋条交叉布置,能提高刚度,常用于重要床身的宽壁上;蜂窝型肋条,用于平板上,由于各方面能均匀收缩,所以内应力小;井字肋条其单元壁板的抗弯刚度接近米字形,但刚度是米字形的二分之一。米字形铸造困难,所以一般铸铁床身采用井字形,焊接床身米字型。肋条的高度一般不得大于支承件壁厚的5倍,肋条的厚度一般是床身壁厚的00.8倍。
采用平衡和预变形的方法,降低变形量,提高刚度,如加工中心主轴箱的平衡等。
2.支承件的抗振性支承件抗振性的影响因素是;支承件的静刚度、支承件的固有频率、支承件的阻尼、支承件的支撑情况和支承件的材料等。
采用高阻尼材料,提高抗振性。如铸铁的阻尼是钢的两倍,所以常用作为支承件的材料料;焊接钢的阻尼和固有频率有了大幅度的提高,工艺性比铸铁好,现在也常作为床身材

料;还有如树脂粘接的混凝土、花岗岩等材料做床身底座。
采用高阻尼部件,如液压导轨,提高抗振能力;也可在材料的表面,涂贴阻尼材料,增大吸振能力;在支承件内填充泥芯、混凝土等阻尼材料,提高抗振性。
改善支承件的支承条件,如采用消振垫,加固地基,移开振源,提高抗振能力。斗山机床支承在垫铁上时,抗振效果最差;在混凝土地基上,较好;而在橡胶消振垫上则抗振性最好。
当然,提高支承件的静刚度,就可提高动刚度,加大抗振能力。在斗山机床设计中,把振源与支承件分开。如把电动机、传动装置、液压与冷却液装置等移出支承件,单独放置。
3.支承件的热变形支承件的热变形的影响因素是:支承件的结构、运动部位的发热和外面热源(如室温、切屑和电动机)等。
在斗山机床结构方面,采用热对称结构,如卧式加工中心的框式双立柱结构、数控车床的倾斜床身、平床身和斜滑板结构、在加工中心上配有山形导轨防护罩和在斗山机床上配有自动排屑装置等。
在斗山机床上采取热平衡措施,如在支承件上包一层隔热层,使支承件在室温变化时能保持温度场均匀。隔离热源,将热源移出支承件。
在斗山机床上采取控制温升的措施,如对斗山机床发热部位(主轴箱、静压导轨等)采取散热、风冷和液冷等温控措施,对切削部位采用大切削液量来排除切削热,用大量冷却液循环散热和用冷却装置制冷以控制温升。
采用热位移补偿,预测热变形规律,建立数学模型存人计算机中进行实时补偿。
三、斗山机床主要支承件结构
1.床身床身是斗山机床的基础件,要求具有足够高的静、动刚度和精度保持性。床身设计受斗山机床总体设计的制约,在满足总体设计要求的前提下,应尽可能做到既要结构合理、肋板布置恰当,又要保证良好的冷、热加工工艺性。
(1)移动立柱式卧式床身移动立柱式卧式床身,通常都采用T型床身。它是由横置的前床身(亦叫横床身)和与它垂直的后床身(亦叫纵床身)组成。T形床身,有作成整体的,也有前、后床身分开组装的。整体式床身,刚性和精度保持性都比较好,但是却给铸造和加工带来很大不便,尤其是大、中型斗山机床的整体床身,要想制造,就非有大型设备不可。分离式T型床身,铸造工艺性和加工工艺性大大改善。前、后床身联结处要配对刮研,连接时用定位键或特别的专用定位销(按现场铰刀的锥角,配磨圆柱销的锥角)定位,然后沿截面四周,用大螺栓紧紧固紧。这样联接的床身,在刚度和精度保持方面,能基本满足使用要求。因此是大、中型卧式斗山机床常用的结构形式。图7-74所示为卧式加工中心分离式T型床身。床身的截面形状,受斗山机床结构设计条件和铸造能力的制约以及各厂家习惯的影响,种类繁多。
图7-75为TH6350型卧式加工中心前床身截面图。采用箱型结构,结合斜直组合布置肋板以提高床身的抗弯、抗扭能力。
(2)固定立柱式卧式床身小型卧式斗山机床多数采用固定立柱式,而且床身也不大,故大多采用整体结构,如图7-76所示。
当工作台在溜板上移动时,由于床身导轨跨距较窄,致使工作台在行程两端时容易出现翘曲,影响加工精度。为了避免工作台翘曲,有些立式床身增设了辅助导轨保证了移动部件的刚性,如图7-77所示。
(3)数控卧式车床床身数控卧式车床身,为提高床身的刚性,一般采用斜床身,斜床身可以改善斗山机床切削加工时的受力情况,截面可以形成封闭的腔形结构,如图7-78所示,床身刚度好。其内部可以填充泥芯和混凝土等阻尼材料,在振动时利用相对磨损来耗散振动能量。大件的泥芯留在铸件内,可以提高结构的阻尼特性。
如图7-79所示为两种车床床身的结构及动态对比图示。填充泥芯床身的阻尼显著增加。
图7-80为德国DNE480L型数控车床底座和床身示意图,底座内所填充的混凝土的内摩擦阻力较高,再配以封沙的床身,使斗山机床有较高的抗振性。该斗山机床为四面密封结构,中间导轨后有纵向肋条,纵向每隔250mm有一横隔板。床身封闭截面可提高抗弯和抗扭刚度、纵向肋条可提高中间导轨的局部刚度、隔板可减少截面的变形。
2.立柱
(1)卧式斗山机床的立柱目前普遍采用的是如图7-81所示的双立柱框架结构形式。
小型卧式斗山机床,立柱直接固定于床身上,而大、中型卧式斗山机床的移动立柱,则固定于滑座上。主轴箱装在双立柱的中间,如图7-82所示,沿立柱导轨上下运动。
卧式斗山机床立柱结构的优点是:1)刚性好,主轴承受切削力时,力的作用点在立柱中央因此立柱受扭矩力的因素少,加之立柱的对称形状,大大加强了刚度,2)热对称性好,主轴箱是斗山机床的主要热源,而它正好处在双立柱的中间,使立柱结构成为热对称结构,这就减少了热变形的影响;3)稳定性好,由于立柱内部肋板采用框架结构箱式布置,使立柱的抗弯、抗扭刚度,以及构件的固有频率都得到提高。图7-83所示为卧式加工中心立柱的横向裁面形状。卧式立柱结构的缺点是:制造工艺性差,装配、调试不方便。
(2)立式斗山机床的立柱因为主轴箱悬挂在立柱一侧,可参见jCS-018加工中心布局。一般采用封闭的箱型结构,内部肋板常采用米字形的,由于米字形肋板铸造时较为困难,有些立柱仍采用井字形的肋板。由于平衡主轴箱重量的平衡锤,一般设在立柱内腔里,随主轴箱的升降而升降。采用这种平衡方式的立式斗山机床立柱,内腔是中空的,参见JCS-018的立柱结构。为加强立柱的刚性也可以采用斜方双层壁和对角线交叉肋板(如图784所示),都有很高的抗扭刚度和抗弯刚度,而且单位重量的刚度比其它结构的高。


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