2 设计总体方案的确定
排除切削;注意机床保护,确保安全生产。
7.机床结构简单,合理可靠,便于加工和装配,并注意采用新技术。
8.体积小,重量轻,节省原材料,简体制造成本,缩小机床的占地面积,外形美观大方。
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3 机床的结构设计
3 机床的结构设计
机床是机床的基础部件,要求具有高的静、动刚度和精度保持性。
床身设计受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。
3.1卧式加工中心的床身
加工中心的床身有固定立柱式和移动立柱式两种。前者一般适用中小型立式和卧式加工中心,后者又分为T型床身和前后身分开组装的T型床身。所谓T型床身是指床身是由横置的前床身(亦叫前床身)和与它垂直的后床身(亦叫后床身)组成。整体式床身,刚性和精度保持性比较好,但是却给铸造和加工带来很大不便,尤其是大中型机床的整体床身,制造时须有大型设备。而移动立柱式分离式床身,前后要刮研,连接使用定位键和专用定位销定位,然后沿截面四周,用大螺栓固紧。这样联结的床身,在刚度和精度保持性方面,基本满足使用要求。本次设计的是中小型加工中心,所以,综合考虑采用固定立柱式床身。
3.2床身的支撑
一般说来,床身的高度与宽度之比应小于1,为了增强床身在垂直平面内的抗弯强度,通常把机床固定在地基上,床身则支撑在该床身周边的垫片上,通过它们调整加工中心水平,使之达到
水平度:0.02~0.04/1000mm 扭曲度:0.005~0.01/1000mm
然后拧紧地脚螺栓(具体详见总装配图)。考虑到加工中心就位后,地基可能发生变化,要再加工中心安装使用半年后重新校验一次水平。
3.3床身的肋板布置和截面的形状
加工中心的静刚度和适当的固有频率靠合理的截面形状与尺寸、恰当的肋板布置来获得。加工中心内部肋板布置形式很多,归纳起来可分为纵向、横向和斜向三大类。纵向肋板可以加强纵向抗弯强度;横向肋板对提高抗扭刚度有显著效果;斜向肋板对提高抗弯、抗扭刚度又较好的效果。虽然斜向肋板抗弯扭刚度综合效果好
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3 机床的结构设计
一些,但考虑到斜向肋板铸造工艺的复杂性及机床经济性要求,所以很少甚至根本不采用斜向肋板。
但肋板厚度相同时,米字形肋板结构的抗弯刚度接近与#字形肋板结构,而抗扭刚度却是#字形肋板结构的两倍。但制造工时却比#字形肋板多2~3倍,而工艺性差。综合考虑,本次设计采用了#字形肋板。
3.4床身材料的选择
AG(人造花岗岩)材料是一种新型床身材料,它除了具有良好的阻尼性能(阻尼为灰铸铁的8~10倍)外,还具尺寸稳定性好、抗腐蚀性强制造成本地等优点;与灰铸铁比,它热容量大,热导率低,构建的热变形小;AG床身的后期加工量很小,这样可以大大减小占用大型机床加工时间和加工成本,并能节约大量金属。因此,本次设计采用AG床身。
AG床身的结构形式一般分为以下三种
图1 AG床身的结构形式
由于本次设计属于中小型加工中心,所以,综合考虑选整体结构,结构比较紧凑,容易保证加工精度。
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4 导轨的设计
4 导轨的设计
4.1 导轨的设计和作用
导轨的作用是使运动部件能沿一定轨迹运动(导向),并承受运动部件及工作质量和切削力(承载)。
导轨应满足下列要求: 1.导向精度
主要是指导轨运动轨迹的精确度。影响导向精度的主要因素有:导轨的几何精度和接触精度、导轨的结构形式、导轨及其支撑件的刚度和热变形、静(动)压导轨副之间的油膜厚度及其刚等。
2.精度的保持性
主要是由导轨的耐磨性决定的。耐磨性与导轨的材料、导轨副的摩擦性质、导轨上的压强及其分布规律等因素有关。
3.刚度
包括导轨的自身刚度和接触刚度。导轨的刚度不足会影响部件之间的相对位置和导向精度。导轨刚度主要取决于导轨的形式、尺寸、与支撑件的连接方式及受力状况等因素。
4.低速运行平稳性
滑动导轨作低速运行或微量位移时易产生摩擦自激震动,即爬行现象。爬行会降低定位精度或增大被加工工件表面粗糙度值
因此,要求导轨精度高、寿命长,刚度及承载能力大,摩擦阻力小,运动平稳,结构简单,便于加工装配、调整和维修。
导轨的主要失效形式:1)磨损 2)疲劳和压溃
4.1 导轨的结构类型
目前,机床上常用的导轨,按照导轨接触面积的摩擦情况而言,可以分为:滑动导轨、滚动导轨和静压导轨三大类。
滚动导轨是导轨工作面之间安排滚动件,使两导轨之间形成滚动摩擦,因而摩擦系数很小(0.003左右),动、静摩擦系数相差很小,运动轻便灵活,所需功率
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