1. 剛度的定義:K=P/δ,K——剛度(N/μm),P——力(N),δ——變形(μm)。通常人們所說的“剛性”指的就是機床在受力的情況下所引起的變形量的大小的衡量。但是這只是靜力變形。
2.通常數(shù)控銑床的剛性體現(xiàn)在兩方面:
1)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(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)的K值在50~200之間。
除此之外,還有導(dǎo)軌的變形,床身的變形等等。靜剛性是由多種因素構(gòu)成的,但最主要的環(huán)節(jié)是三軸絲杠系統(tǒng)的靜剛性(車床為2軸)。
2)動態(tài)剛性。動態(tài)剛性是衡量一臺機床剛性的最重要指標(biāo)。
通俗的講,機床動態(tài)剛性是指機床抵抗受迫振動的能力大小,術(shù)語上稱為固有頻率的大小。
刀具在切削的時候是高速旋轉(zhuǎn)的,旋轉(zhuǎn)切削及材料內(nèi)部不均勻或者雜質(zhì)引起振動。切削部位是整臺設(shè)備的振動源。設(shè)備的絲杠系統(tǒng)、導(dǎo)軌系統(tǒng),床身受振動源的影響會產(chǎn)生受迫振動。如果機床各部件的振動較大,就會對加工產(chǎn)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(tài)剛性受很多方面的影響,其中最主要的是絲杠導(dǎo)軌系統(tǒng)的動態(tài)剛性及床身鑄鐵件的抗振動頻率,當(dāng)然主軸剛性是最基礎(chǔ)的也是最重要的環(huán)節(jié)。依照經(jīng)驗:
①絲杠直徑越大、床身自重越大,主軸前端軸承內(nèi)直徑越大,則動態(tài)剛性越好;
②一般滾子軸承或滾柱直線導(dǎo)軌比滾珠式的動態(tài)剛性好,但轉(zhuǎn)速受影響(滾柱軸承一般只用于車床);
③一般滑動導(dǎo)軌比滾動導(dǎo)軌動態(tài)剛性好,但滑動速度受影響(滑動導(dǎo)軌速度一般<30m/min,滾動導(dǎo)軌可以達(dá)到180m/min);
另外,機床調(diào)試參數(shù)的設(shè)置對動態(tài)剛度性能有非常大的影響。機械性能是基礎(chǔ),電氣調(diào)試與機械性能的契合度卻是發(fā)揮機械性能的關(guān)鍵條件。假設(shè)機械性能的得分是80分,但是電氣調(diào)試數(shù)只能發(fā)揮其50%,這就比機械性能得分60分,電氣調(diào)試發(fā)揮其90%的情況來得差。(電氣參數(shù)不合理會引起伺服電機的反饋震顫)。
動態(tài)剛性沒有具體檢測的指標(biāo),但是通過試切樣件可以大致看出機床的動態(tài)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(tài)剛性受機械設(shè)計、機械制造、電氣調(diào)試等貫穿于機床生產(chǎn)的所有環(huán)節(jié)的影響,是一臺數(shù)控銑床的綜合性能的體現(xiàn)。通常來說,動態(tài)剛性與靜態(tài)剛性是正比關(guān)系。
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