高速加工對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)的基本要求和設(shè)計(jì)原則

由于高速加工中的切削速度，進(jìn)給速度和加減速度都大，因此機(jī)床的發(fā)熱量，運(yùn)動(dòng)部件的慣量也大，容易導(dǎo)致機(jī)床結(jié)構(gòu)的過量溫升、熱變形和產(chǎn)生沖擊振動(dòng)，蕞終會(huì)影響到加工精度、質(zhì)量乃至機(jī)床和刀具的工作壽命和可靠性。所以，高速加工對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)的基本要求，首先是要三高，即靜剛度高、動(dòng)剛度高和熱剛度高，也就是說(shuō)，“三剛”特性要好；其次是運(yùn)動(dòng)部件要輕量化，即要盡量減少傳動(dòng)系統(tǒng)的慣量。為此，機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)采取的原則措施是：

為了提高結(jié)構(gòu)的靜剛度，首先是選擇彈性模量大的材料，如鋼、鑄鐵等作為結(jié)構(gòu)件的基本材料；其次是根據(jù)受力的性質(zhì)（拉，壓或扭）和條件（力的大小，方向和作用點(diǎn)）選擇合理的結(jié)構(gòu)截面形狀、尺寸、筋壁布置和機(jī)床的總體布局；三是結(jié)構(gòu)件間的接合面要平整，面積大小要適當(dāng)，接觸點(diǎn)在接合面上的分布要均勻，連接要牢固等；四是盡量采用箱形和整體型結(jié)構(gòu)。

為了提高結(jié)構(gòu)的動(dòng)剛度，首先是在保證靜剛度的前提下，選擇阻尼系數(shù)大的材料，如人造花崗巖，鑄鐵等作為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)件的材料；二是通過模型試驗(yàn)或模態(tài)分析合理設(shè)計(jì)和調(diào)整結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布和結(jié)構(gòu)接合面的剛度值，以改變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)本身的固有振動(dòng)頻率，使其遠(yuǎn)離切削過程中所產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動(dòng)頻率，避免產(chǎn)生共振的可能性；三是有意采用能增加附加阻尼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如帶夾芯的雙層壁鑄件和非連續(xù)焊接的焊件等；四是直線運(yùn)動(dòng)部件的支承導(dǎo)軌面間距離要盡可能寬闊，驅(qū)動(dòng)力的作用線要居中并盡可能靠近運(yùn)動(dòng)部件的重心，傳動(dòng)鏈中應(yīng)無(wú)反向間隙，以保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)沖擊。

為了提高結(jié)構(gòu)的熱剛度，原則上首先應(yīng)采用熱容量大、熱脹系數(shù)小的材料和熱脹系數(shù)相近的材料作為結(jié)構(gòu)材料；其次是根據(jù)機(jī)床上的熱源和溫度場(chǎng)的分布情況，盡量采用熱對(duì)稱和方便散熱或強(qiáng)迫冷卻的結(jié)構(gòu)，包括采用熱補(bǔ)償措施的結(jié)構(gòu)等，以減少熱變形帶來(lái)的對(duì)機(jī)床幾何精度和工作性能的影響。

為了減少運(yùn)動(dòng)部件的重量和傳動(dòng)系統(tǒng)的慣量，一是選用比重小的材料，如鋁合金和復(fù)合材料等，作為運(yùn)動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)材料；二是在保證剛度和承載能力的前提下，盡量去除多馀的材料；三是采用直接傳動(dòng)，簡(jiǎn)化傳動(dòng)系統(tǒng)，縮短傳動(dòng)鏈，以提高機(jī)床的運(yùn)動(dòng)品質(zhì)。

現(xiàn)實(shí)中能同時(shí)滿足上述條件要求的材料和結(jié)構(gòu)是沒有的，只能按實(shí)際要求進(jìn)行綜合評(píng)估后選取。