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偉舜:數控機床的剛性詮釋

數控機床的剛性是指機床在加工產品時產生的振動,剛性高振動小,剛性小振動大。機床的床身、傳動系統直接能影響到整臺機床的剛性。不同剛性的機床在加工產品時對刀具的選用和損耗影響非常大,也直接影響到了最終的生產效率和生產成本。

機床的剛性體現在兩個方面:靜剛性和動態剛性

一、靜剛性表示機床在切削過程中所引起的機床自身的變形的大小。

舉個具體體現的例子:切削受力X方向1000N,Y方向500N,Z方向200N。XYZ方向絲杠系統剛度K=100,100,80.則切削時三軸各自的變形: δx=1000/100=10μm=0.01mm, δy=0.005mm, δz=0.0025mm。

例子中所述的K值即為衡量機床剛性的一個值。通常機床絲杠系統的K值在50~200之間。

除此之外,還有導軌的變形,床身的變形等等。靜剛性是由多種因素構成的,但最主要的環節是三軸絲杠系統的靜剛性(車床為2軸)。

二、動態剛性是衡量一臺機床剛性的最重要指標。

通俗的講,機床動態剛性是指機床抵抗受迫振動的能力大小,術語上稱為固有頻率的大小。

刀具在切削的時候是高速旋轉的,旋轉切削及材料內部不均勻或者雜質引起振動。切削部位是整臺設備的振動源。設備的絲杠系統、導軌系統,床身受振動源的影響會產生受迫振動。如果機床各部件的振動較大,就會對加工產生非常不利的影響,主要影響切削的粗糙度及刀具壽命,對高精度加工更是有致命性影響。

動態剛性受很多方面的影響,其中最主要的是絲杠導軌系統的動態 剛性及床身鑄鐵件的抗振動頻率,當然主軸剛性是最基礎的也是最重要的環節。

依照經驗:

1、絲杠直徑越大、床身自重越大,主軸前端軸承內直徑越大,則動態剛性越好;

2、一般滾子軸承或滾柱直線導軌比滾珠式的動態剛性好,但轉速受影響(滾柱軸承一般只用于車床);

3、一般滑動導軌比滾動導軌動態剛性好,但滑動速度受影響(滑動導軌速度一般<30m/min,滾動導軌可以達到180m/min) 另外,機床調試參數的設置對動態剛度性能有非常大的影響。機械性能是基礎,電氣調試與機械性能的契合度卻是發揮機械性能的關鍵條件。假設機械性能的得分是 80分,但是電氣調試數只能發揮其50%,這就比機械性能得分60分,電氣調試發揮其90%的情況來得差。(電氣參數不合理會引起伺服電機的反饋震顫)。

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動態剛性沒有具體檢測的指標,但是通過試切樣件可以大致看出機床的動態剛性的性能。主要通過大吃刀量切削測試、精加工樣件測試、圓頂球面樣件切削測試三個方面來檢測。

綜上所述,動態剛性受機械設計、機械制造、電氣調試等貫穿于機床生產的所有環節的影響,是一臺數控設備的綜合性能的體現。通常來說,動態剛性與靜態剛性是正比關系。


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