论数控机床中支撑件的重要性

摘要： 机床中的支承件有的相互固联在一起，有的在导轨上作相对运动。导轨常与支承件制成一体，也有采用装配、镶嵌或粘接方法与支承件相联接。支承件受力热变后的变形和振动将直接影响机床的加工精度和表面质量。因此，数控机床的支撑件起着非常重要的作用。

关键词：数控机床 支撑件 重要性

中图分类号：TH 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2014）02-01-01

前言：中国作为世界上最大的机床消费国，制造业已经发展成为一个支柱产业。由于汽车工业的发展，对机床的速度和效率都提出了新的更高的要求。据了解，目前中国机床的数控化发展率很快。日本机床的数控化率从开始的40%提高到目前90%的水平，大约花了15年的时间，从中国现在发展的速度来看，如要达到目前日本的水平，估计不需要花费这么多的时间，提高数控机床功能零部件的性能和质量已经成为中国机床工业发展的当务之急。随着机床速度的提高，导轨的使用也由滑动向滚动转化。在中国，由于机床速度较低及制造成本上的原因，滑动导轨的使用还占大多数，但使用滚珠导轨和滚柱导轨的机床数量在急速上升。由于滚动导轨具有高速、长寿命、可加预压、安装方便等方面的优点，随着对机床性能及数控化要求的提高，滚动导轨使用比率的提高是必然的趋势。

1、 数控机床支撑件的生要性

众所周知，20世纪中期以来人类开始追求高加工效率化的同时，又要求高速化，高精度化，高刚性及高可靠性的数控机床，近年来全球化的对数控机床提出减少环境污染，降低噪音，省能源，省空间等环保新概念，并联机构、复合化、多机能化、工程集约化的现代数控机床的技术新动向，加速了一台机床可同时进行车磨、车铣、多面多轴加工技术的发展。

支承件的性能对整台机床的性能影响很大，其质量约为机床总重量的80%

以上。同时支承件的性能对机床的性能影响很大，所以应正确地对支承件进行结构设计，并对主要支承件进行必要的验证和实验，使其能够满足基本要求，并在此前提下减轻重量，节省材料。

随着机床向高精度、高表面质量和高生产率方向发展，关于机床动刚度的问题，近年来日益受到广泛的注意。机床在切削过程中，机床、工件与刀具组成一个具有一定质量分布、弹性系数及粘滞阻尼的多自由度系统。这个系统受到各种力的作用，如切削力、运动件的惯性力，各接触面间的摩擦力，以及重力和夹紧力等。这一系统在静态力作用下，刀具与工件之间要产生静态变化，这是静刚度问题。仅仅研究机床的静刚度是不够的，因为机床的静刚度只能反映它受切削力和工件与机床部件的重力等作用，并把这些力作为静力考虑时机床抵抗变形的能力。但是，机床是一个弹性系统，在一定条件下，例如当旋转件不平衡时，切削力变化时，会产生激振力，引起振动。当振幅超出了允许的范围时，将导致加工表面的恶化，加速刀具的磨损，影响加工精度，降低生产效率。严重时，将使机床不能工作。所以只研究机床的静刚度是不够的，还需要研究机床的动刚度问题。

在进行新机床设计时，为了满足机床工作性能的要求，就必须研究机床的动态特性，以找到提高机床动刚度的途径，采取增强机床抗振能力的有效措施。

如此看来，正确选择设计支承件的结构，对机床精度和使用寿命有着重大的影响。为了使支承件达到预定要求，不仅要研究支承件的静刚度，同时还要研究其动刚度，同时也说明了对机床动态分析的重要性。

2、支承件的功用

支承件是机床的基本构件，主要指机床床身底座、立柱、横梁、工作箱体和升降台等大件。这些大件的主要功能首先是支承作用，即支承其他零部件，在机床切削时，承受着一定的重力、切削力、摩擦力和夹紧力；其次是基准作用，即保证机床在使用中或长期使用后，仍能保证各部件之间正确的相互位置关系和相对运动轨迹。

3、支承件应满足的要求

支承件的种类很多，它们的形状、尺寸、材料多种多样，但是他们都应

满足以下要求。

（1）刚度

支承件的刚度是指支承件在恒定载荷或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。在切削力、机床部件和工件质量等重力的作用下，支承件本身、支承件与其他部件的接触面就会产生变形，机床原有的几何精度就会被破坏，从而影响机床的定位精度及其他性能。因此，支承件要有足够大的刚度，即在额定载荷作用下，变形不得超过允许值。一般说的刚度往往指静刚度。静刚度包括与材料性质、形状尺寸有关的结构刚度，以及与接触材料、几何尺寸、硬度、接触面的粗糙度、几何精度、加工方法等有关的接触刚度。

（2）动态特性

应具有较好的动态特性。包括较大的动刚度和阻尼；与其它部件相配合

使整机的各阶固有频率不至于与激振频率重合而产生共振；不会发生薄壁振

而产生噪声等。

（3）热变形

机床工作时，电动机、传动系统的机械摩擦及切削过程等都会发热，机床周围环境温度的变化也会引起支承件温度变化，产生热变形，从而影响机床的工作精度和几何精度，这一点对精密机床尤为重要。因此应对支承件的热变形及热应力加以控制。一般通过控制发热或使热量均匀分布及改善支承件散热条件等措施来减小热变形及其对精度的影响。

（4）内应力

支承件在铸造、焊接及粗加工的过程中，材料内部会产生内应力，导致变形。在使用中，由于内应力的重新分布和逐渐消失会使变形增大，超出许用的误差范围。支承件的设计应从结构上和材料上保证其内应力要小，例如，对于铸造床身、立柱等大件，各处的金属分布应均匀，尽可能避免壁厚突然转换的过渡面，并应在焊、铸等工序后进行时效处理。

（5）其他

支承件还应使排削通畅，操作方便，吊运安全，切削液及油的回收加工及装配工艺性好等。支承件的性能对整台机床的性能影响很大，其质量约为机床总重量的80%以上，同时支承件的性能对机床的性能影响很大，所以应正确地对支承件进行结构设计，并对主要支承件进行必要的验证和实验，使其能够满足基本要求，并在此前提下减轻重量，节省材料。

4、结束语：

如此看来，正确选择设计支承件的结构，对机床精度和使用寿命有着重大的影响。为了使支承件达到预定要求，不仅要研究支承件的静刚度，同时还要研究其动刚度，同时也说明了对机床动态分析的重要性

参考文献：

[1] 张建钢.胡大泽.数控技术【M】.武汉：华中科技大学出版社，2000

[2] 文怀兴.数控铣床设计.北京：化学工业出版社，2006

[3] 王爱玲.数控机床结构及应用.北京：机械工业出版社，2007

作者简介：于亭，本科，新疆乌鲁木齐人，二级实习指导教师 现任职于新疆矿业中等职业学校，主要从事教师工作。