合理选择数控机床钢度构件的结构形式

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由于加工状态的瞬时多变情况复杂，通常很难对结构刚度进行精确的理论计算。设计者只能对部分构件（如轴、丝杠等）用计算方法计算其刚度，而对床身、立柱、工作台和箱体等零件的弯曲和扭转变形，接合面的接触变形等，只能将其简化后进行近似计算，其计算结果往往与实际相差很大，故只能作为定性分析的参考。近年来，虽然在机床结构设计中采用有限元法进行分析计算，但是一般来讲，在设计时仍需要对模型、实物或类似的样机进行试验、分析和对比以确定合理的结构方案，尽管如此，遵循下列原则和措施，仍可以合理地提高机床的结构刚度。
（1）正确选择截面的形状和尺寸
: q- f+ R4 c5 g8 V" h# q$ U　　构件在承受弯曲和扭转载荷后，其变形大小取决于断面的抗弯和扭转惯性矩，抗弯和扭转惯性矩大的其刚度就高。表7-1列出了在断面积相同（即重力相同）时各断面形状的惯性矩。从表中的数据可知：形状相同的断面，当保持相同的截面积时，应减小壁厚、加大截面的轮廓尺寸，圆形截面的抗扭刚度比方形截面的大，抗弯刚度则比方形截面的小；封闭式截面的刚度比不封闭式截面的刚度大很多；壁上开孔将使刚度下降，在孔周加上凸缘可使抗弯刚度得到恢复。
　　（2）合理选择及布置隔板和筋条
# G) n$ y  `' R" }& u. I* S" ~　　合理布置支承件的隔板和筋条，可提高构件的静、动刚度。图7—1所示的几种立柱的结构，在内部布置有纵、横和对角筋板，对它们进行静、动刚度试验的结果列于表7—2中。其中以交叉筋板（序号5）的作用最好。
　　对一些薄壁构件，为减小壁面的翘曲和构件截面的畸变，可以在壁板上设置图7—2所示的筋条，其中以蜂窝状加强筋较好。它除了能提高构件刚度外，还能减小铸造时的收缩应力。
% Y# p3 B* D4 |; l8 E% }# H- \　　（3） 提高构件的局部刚度
　　机床的导轨和支承件的联接部件，往往是局部刚度最弱的部分，但是联接方式对局部刚度的影响很大。图7—3给出了导轨和床身联接的几种形式，如果导轨的尺寸较宽时，应用双壁联接型式，如图中（d）、（e）、（f）。导轨较窄时，可用单壁或加厚的单壁联接，或者在单壁上增加垂直筋条以提高局部刚度。
　　（4）选用焊接结构的构件
' {; O9 Y- O8 F+ b  f- z' f$ x! }　　机床的床身、立柱等支承件，采用钢板和型钢焊接而成，具有减小质量提高刚度的显著优点。钢的弹性模量约为铸铁的两倍，在形状和轮廓尺寸相同的前提下，如要求焊接件与铸件的刚度相同，则焊接件的壁厚只需铸件的一半；如果要求局部刚度相同，则因局部刚度与壁厚的三次方成正比，所以焊接件的壁厚只需铸件壁厚的80%左右。此外，无论是刚度相同以减轻质量，或者质量相同以提高刚度，都可以提高构件的谐振频率，使共振不易发生。用钢板焊接有可能将构件做成全封闭的箱形结构，从而有利于提高构件的刚度。
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