CK7815数控车床总体设计说明书

理工大学 毕 业 设 计（论文） 题目： CK7815 数控车床总体设计 学生姓名： 学生学号： 院系名称： 机电工程系 专业班级： 指导教师： 2012 年 04 月 03 日 青岛理工大学毕业设计（论文） 第 页 2 摘 要 数控车床又称数字控制（ Numbercal control，简称 NC）机床。它是基于数字控制的，采用了数控技 术，是一个装有程序控制系统的机床。它是由主机， CNC，驱动装置，数控机床的辅助装置，编程机及其他一些附属设备所组成。 本次设计课题是 CK7815数控卧室车床， CK是数控车床， 78是卧式车床， 15是床身上最大工件回转直径为 540mm。 此次设计包括机床的总体布局设计，纵向进给设计，其中还包括齿轮模数计算及校核，主轴刚度的校核等。控制系统部分包括步进电机的选用及硬件电路设计和软件系统设计，说明了芯片的扩展，键盘显示接口的设计等等。 车 床适用于车削内外圆柱面，圆锥面及其他 基 准面，车削各种公制、英制、模数和径节螺纹 ，并能进行钻孔，铰孔和拉油槽等工作。设计主抽箱主要是从主传动系统的运动设计、主运动部件的结构设计和箱体这三方面进行设计 。 主传动系统的运动设计有 :确定极限转速、确定公比、确定转速级数、确定结构网和结构式、绘制转速图、确定齿轮齿数和拟定传动系统图。 主运动部件的结构设计有：带传动的设计、确定各种计算转速、确定齿轮模数、确定各轴最小直径和设计部分主轴主件。 关键词： 数控机床；开放式数控系统；电动机；纵向进给设计 青岛理工大学毕业设计（论文） 第 页 3 ABSTRACT The numerical control lathe called the numerical control (Numbercal control, is called NC) the engine bed. It is based on the numerical control, has used the numerical control technology, is loaded with the procedure control system the engine bed. It is by the main engine, CNC, the drive, the numerical control engine bed auxiliary unit, the programming machine and other some appurtenances is composed. This design topic is the CK7815 numerical control bedroom lathe, CK is the numerical control lathe,78 is the horizontal lathe, 15 is on the lathe bed the biggest work piece rotation diameter is540mm. This design including the engine bed overall layout design, longitudinal enters for the design, also includes the gear modulus computation and the examination, the main axle rigidity examination and so on. The control system partially including step-by-steps the electrical machinery to select and the hardware circuit design and the software system design, explained the chip expansion, keyboard demonstration connection design and so on. Key word ： numerical， control tool， Open-architecture,motor 青岛理工大学毕业设计（论文） 第 页 4 目 录 前言 .6 第 1 章 总体方案 . 6 1.1 CK7815的现状和发展 . 6 1.2总体方案设计 . 7 1.2.1.主传动的组成部分 . 7 1.2.2 机床主要部件及其运动方式的选定 . 8 1.2.3 机床的主要技术参数 . 8 1.3 主轴转速的确定 . 10 1.4 转速 范围及公比 的确定 . 10 第 2 章 总体布局设计 . 12 第 3 章 结构优化设计 . 2.1 数控机床的总体布局 .14 第 4 章 控制系统设计 . 22 4.1 绘制控制系统结构框图 . 22 4.2 选择中央处理单元（ CPU）的类型 . 23 4.4I/O 接口电路及辅助电路设计 . 25 附件 . 错误 !未定义书签。 STRESS AND STRAIN . 错误 !未定义书签。 SHEAR FORCE AND BENDING MOMENT IN BEAMS . 错误 !未定义书签。 致谢 . 30 参 考 文 献 . 31 青岛理工大学毕业设计（论文） 第 页 5 前 言 数控 机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。 数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点： 1. 适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件 ； 在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工 。 2. 加工精度高； 3. 生产效率高； 4. 减轻劳动强度，改善劳动条件； 5. 良好的经济效益； 6. 有利于生产管理的现代化。 可以预料，今后，机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。所以说，本毕业设计实例具有典型性和实用性 。 青岛理工大学毕业设计（论文） 第 页 6 第 1 章 总体方案 1.1 CK7815 的现状和发展 自第一台数控机床在美国问世至今的半个世纪内，机床数控技术的发展迅速，经历了六代两个阶段的发展过程。其中，第一个阶段为 NC阶段；第二个阶段为 CNC阶段，从 1974年微处理器 开始用于数控系统，即为第五代数空系统。在近 20多年内，在生产中，实际使用的数控系统大多是这第五代数控系统，其性能和可靠性随着技术的发展得到了根本性的提高。从 20世纪 90年代开始，微电子技术和计算机技术的发展突飞猛进， PC 微机的发展尤为突出，无论是软硬件还是外器件的进展日新月异，计算机所采用的芯片集成化越来越高，功能越来越强，而成本却越来越低，原来在大，中型机上才能实现的功能现在在微型机上就可以实现。在美国首先推出了基于 PC微机的数控系统，即 PCNC系统，它被划入为所谓的第六代数控系统。 下面从数控系统的性能 、功能和体系结构三方面讨论机床。 数控技术的发展趋势： 1.性能方面的发展趋势 （ 1） .高速高精度高效 （ 2） .柔性化 （ 3） .工艺复合和轴化 （ 4） .实时智能化 2.功能发展方面 （ 1） .用户界面图形化 （ 2） .科学计算可视化 （ 3） .插补和补偿方式多样化 （ 4） .内置高性能 PLC （ 5） .多媒体技术应用 3.体系结构的发展 （ 1） .集成化 （ 2） .模块化 （ 3） .网络化 （ 4） .开放式闭环控制模式 青岛理工大学毕业设计（论文） 第 页 7 1.2 总体方案设计 机床工业是机器制造业的重要部门，肩负着为农业、工业、科学技术和国防现代化提供技术装备的 任务，是使现代化工业生产具有高生产率和先进的技术经济指标的保证。设计机床的目标就是选用技术先进。经济效果显著的最佳可行方案，以获得高的经济效益和社会效益。 我国是一个机床拥有量大、 大部分机床役龄长、数控化程度不高的发展中国家。因此，从事机床设计的人员，应不断地把经过实践检验的新理论、新技术、新方法应用到设计中，做到既要技术先进、经济效益好、效率高。要不断的吸收国外的成功经验，做到既要符合我国国情，又要赶超国际水平。要不断的开拓创新，设计和制造出更多的生产率高、静态动态性能好、结构简单、使用方便、维修容易、 造型美观、耗能少、成本低的现代化机床。设计本着以上原则进行，尽量向低成本、高效率、简化操作、符合人机工程的方向考虑。 1.2.1.主传动的组成部分 主传动由动力源、变速装置及执行元件（如主轴、刀架、工作台等）部分组成。主传动系统属于外联系传动链。 主传动包括动力源（电动机）、变速装置、定比传动机构、主轴组件、操纵机构等十部分组成。 1、动力源 电动机或液压马达，它给执行件提供动力，并使其获得一定的运动速度和方向。 2、定比传动机构 具有固定传动比的传动机构，用来实现降速、升速或运动联接，本设计中采用齿轮和带传动。 3、变速装置 传递动力、运动以及变换运动速度的装置，本设计中采用两个滑移齿轮变速组和一个背轮机构使主轴获得 18级转速。 4、主轴组件 机床的执行件之一，它由主轴支承和安装在主轴上的传动件等组成， 5、开停装置 用来实现机床的启动和停止的机构，本设计中采用直接开停电动机来实现主轴的启动和停止。 6、制动装置 用来控制主轴迅速停止转动的装置，以减少辅助时间。本设计中采用电磁式制动器。 7、换向装置 用来变换机床主轴的旋转方向的装置。本设计中采用电动机直接换向。 8、操纵机构 控制机床主轴的开停、换向、变速及制动的机构。本设计中，开停、换向和制动采用电控制；变速采用液压控制。 9、润滑与密封 为了保证主传动的正常工作和良好的使用寿命，必须有良好的润滑装置和可靠的密封装置。本设计中采用箱外循环强制润滑，主轴组件采用迷宫式密封。 青岛理工大学毕业设计（论文） 第 页 8 10、 箱体 上述个机构和装置都装在箱体中，并应保证其相互位置的准确性。本设计中采用灰铁铸造箱体。 11、 刀架 数控机床中为了实现对刀架的自动控制，采用制动转位刀架。 1.2.2 机床主要部件及其运动方式的选定 1.主运动的实现 根据 设计要求，本设计采用分离式主传动系统，包括变速箱、主轴箱两部分。其中，变速箱与电动机至于机座内，主轴箱与变速箱采用带传动连接。所有的变速都采用液压操作。 2.进给运动的实现 本次所设计的机床进给运动均由单片机进行数字控制，因此在 X、 Y方向上，进给运动均采用滚珠丝杠螺母副，其动力由步进电机通过齿轮传递。齿轮的消隙采用偏心环调整。 3.数字控制的实现 采用单片机控制，各个控制按扭均安装在控制台上，而控制台摆放在易操作的位置，这一点须根据实际情况而定。 4.机床其它零部件的选择 考虑到生产效率以及生产的经济性，机 床附件如油管、行程开关等，以及标准件如滚珠丝杠、轴承等均选择外购形式。 1.2.3 机床的主要技术参数 由设计任务书的要求，现将 CK7815 数控车床的主要技术参数 及加工范围技术参数 列于下： 主要尺寸规格 项目 单位 规格 床身上最大回转直径 mm 540/260 最大切削直径 轴类零件 mm 150 盘类零件 mm 400 最小外圆切削直径 mm 10 最大工件长度 mm 750 最大切削长度 mm 500 床鞍（滑板）上最大切削直径 mm 260 主轴前端锥孔 莫氏 5号锥度 青岛理工大学毕业设计（论文） 第 页 9 主轴孔径 mm 350 主轴转速范围 高速区域 22 1800r/min 直流电动机 低速区域 38 3000r/min 37.5 5000r/min 交流电动机 15 2000r/min 锥孔锥 莫氏 5# 0.1mm/r 500mm/r 工作进给速度 1mm/min 2000r/min 快速移动速度 纵向 12/min 横 向 9m/min 刀架行程 纵向 660mm 横向 240mm 刀具数 8或 12 尾架驱动方式 液压 预紧力 1600 5000N 行程 90mm 锥孔锥度 莫氏 4# 主轴电机功率 （普通） 连续 5.5 kW 30min 7.5 kW 进给伺服电机 额定功率 1.4kW 额定转速 1500r/min 青岛理工大学毕业设计（论文） 第 页 10 机床质量 3500kg 精度 横向定位精度 0.025mm/300mm 重复定位精度 0.01mm 车削工件直径误差 30.018mm 圆度误差 0.01mm 端面平面度误差 0.027mm 轮廓尺寸 2395mm*1385mm*1860mm(不带排屑器 ) 1.3 主轴转速的确定 （ 1）、 主轴最高转速MaxN的确定 根 据分析，用硬质合金车刀对小直径钢材半精车外圆时，主 轴转速为最高，按经验，并参考切削用量资料，取 min/200mVm ax ， k=0.5, Rd=0.2, 则： 1 6 0 m m3205.0Dkd max 3 2 m m1602.0dRd m a xdm i n m in/1 9 9 0 r32 2001000d1 0 0 0 Vnm i nm a xm a x （ 2）、主轴最低转速MinN的确定 根据分析，主轴最低转速由以下工序决定： 用高速钢车刀，对铸铁材料的盘形零件粗车端面。按经验，并参切削用量资料，取 Vmax=15m/min,则最低转速为： m in/30r160 151000d1 0 0 0 Vnm a xm i nm i n 1.4 转速范围及公比 的确定 根据最高转速与最底转速可初步得出主轴转速范围 MinMaxn NNR =301990 66.33 则公比 279.133.66R 1181zn 青岛理工大学毕业设计（论文） 第 页 11由设计手册取标准值得 =1.26 根据标准公比及初算MinN，查表取MinN=40r/min，则最高转速 MaxN=MinN 17 =40 1726.1 =2034r/min 则主轴转速范围 85.50402034 M inM a xn NNR 且验算公比得 =1.25993 1.26,满足要求。 1.5 各组成部件的特性与所应达到的要求 1床身 机床床身采用优质铸铁，内部筋采用 U 形布局，床身整体刚性高。滑动导轨面采用中频淬火，淬硬层深。硬度达 HRC52 以上，拖板滑动面贴塑，使得进给系统的刚度，摩擦阻尼系数等动、静特性都处于最佳状态。 2. 床头箱结构 机床主传动采用液压操纵机构，可实现十八级转速。机床主轴箱内的传动齿轮均经淬硬磨齿处理，传动比稳定，运转 噪音低。机床主轴为二支撑结构，前支撑采用 C级高精度轴承，润滑油润滑，提高了回转精度，使机床主轴具有良好的精度和刚性。机床采用单片式电磁刹车离合器，解决主轴的刹车及离合问题，离合器安装于床头箱带轮侧，使床头箱内结构大为简化，便于维修。 3.进给系统 机床两轴进给系统采用步进电机驱动滚珠丝杠的典型传动方式，在滑板与床鞍及床鞍与床身之间的滑动面处贴有 TSF导轨板，滑动磨擦系数非常小，有助于提高了机床的快速响应性能及生产效率。在进给系统各滑动处及两轴丝杠丝母处都设置了润滑点。 4. 刀架 机床采用立式四工位刀架，该 刀架布刀方便，刚性好。 5. 尾座采用手动尾座 6. 冷却系统 青岛理工大学毕业设计（论文） 第 页 12 冷却箱放在后床腿中。 7.卡盘 机床标准配置为 _250手动卡盘， 8.电气系统 电路的动力回路，均有过流、短路保护，机床相关动作都有相应的互锁，以保障设备和人身安全。 电气系统具有自诊断功能，操作及维修人员可根据指示灯及显示器等随时观察到机床各部分的运行状态。 9.安全保护 当机床遇到外部突然断电或自身故障时，由控制电路的设计，机床可动进给轴，冷却电机等如已在 “启动 ”状态者，将进入 “停止 ”状态；如已在 “停止 ”状态的则不可自行进入启动状态，确 保了机床的安全。另外由于机床计算机内的控制程序是 “固化 ”在芯片中的，而零件加工程序是由电池供电保护的，所以，意外断电或故障时，不会丢失计算机内存储的程序菜单。 机床具有报警装置及紧急停止按钮，可防止各种突发故障给机床造成损坏。由于软件的合理设计，报警可通过显示器显示文字及报警号，通过操作面板的指示灯指示；机床根据情况将报警的处理方式分为三类：对紧急报警实行 “急停 ”；对一般报警实行 “进给保持 ”；对操作错误只进行 “提示 ”。 第 2 章 总体布局设计 2.1 数控机床的总体布局 数控机床加工工件时和普通机床 一样，要有主运动（由刀具或工件完成）和进给运动（由刀具和工件做相对运动）实现工件表面的成形运动（直线运动、圆周运动、或螺旋运动，或曲线轨迹运动）。而机床的这些运动，必须由相应的执行部件（如主运动部件，直线或圆周进给部件）以及一些必要的辅助运动（如转位、夹紧、冷却及润滑）部件来完成。 上述组成数控机床的各类部件在决定它们的相互关系，即进行机床总体布局时，需要考虑多方面的问题：一方面是要从机床的加工原理即机床各部件的相对运动关系，结合考虑工件的形状、尺寸和位置等因素，来确定各主要部件之间的相对位置关系和配置。另 一方面还要全面考虑机床的外部因素，如外观造型、操青岛理工大学毕业设计（论文） 第 页 13 作维修，生产管理和人机关系等问题对机床总体布局的要求。 多数数控机床的总体布局与和它类似的普通机床的总布局是基本相同或相似的，并且已经形成了传统的、经过考验的固定形式，只是随着生产要求与科学技术的发展，还会不断有所改进。数控机床的总体布局是机床设计中带有全局性的问题，它的好坏对机床的制造和使用都有很大的影响。 机床的总体布局直接影响到机床的结构和性能。合理选择机床布局，不但可以使机械结构更简单、合理、经济，而且能提高机床刚度、改善机床受力情况，提高热稳 定性和操作性能，使机床满足数控化的要求。 2.1 .1 满足多刀加工及换刀要求的布局 (1) 多刀加工要求主要用于数控车床，其布局主要是根据床身导轨平面与底面的交角来区分。 (a)水平床身 (b)斜床身 (c)水平床身斜滑板； (d)立床身 数控车床的四种不同布局方案，（ a）为水平床身 -水平滑板，床身工艺性好，便于导轨面的加工，下部空间小，故排屑困难，刀架水平放置加大了机床宽度方向的结构尺寸； (b) (c)为倾斜床身 -倾斜滑板，具有水平床身工艺性好， 宽度方向的尺寸小，且排屑方便，中小规格的数控车床其床身的倾斜度以 60为宜； (d) 立式床身水平床身 -竖直滑板，受切屑产生的热量影响最小 CK7815 数控车床结构如下图所示。床身导轨为 60倾斜布置，排屑方便。导轨截面为矩行，刚性很好。导轨采用感应淬火，其对应床鞍接触面为贴塑导轨，明显降低滑动导轨的摩擦阻力，而且动刚度不因阻尼的变小而变差，具有良好的动态特性。 青岛理工大学毕业设计（论文） 第 页 14 主轴由直流（配 5T系统时）或交流（配 6T系统时）调速电动机驱动，其结构简单无齿轮传动。机床可以无级调速和恒线速度切削，便于选取最能发挥刀具切削性能的切削速度，且有利于降低端面加工时的表面粗糙度值。 机床纵向和横向运动均采用交流伺服电动机。脉冲编码器与滚珠丝杠相连，可 直接反映滚珠丝杠精度。 X 轴是通过同步齿形带驱动滚珠丝杠副。 Z 轴驱动装置安装在纵向床身导轨之间。机床采用间歇润滑系统对床身导轨、床鞍和滚珠丝杠等部件集中润滑，定时定量供油。 机床卡盘和尾座均由液压驱动，卡盘的松、夹和尾座套筒的进、退由操纵面板上的按钮来控制。主轴尾端带有液压夹紧油缸，可用于快速自动装夹工件。 床鞍溜板上装有横向进给驱动装置和转塔刀架。纵横向进给系统采用直流伺服电动机带动滚珠丝杠，使刀架移动。转塔刀架具有分度快、转位平稳可靠和无渗漏等优点，刀盘可选配 8位、 12位小刀盘和 12位大刀盘。 机床配有自 动对刀仪，可以快速准确地测出刀具安装调整时的偏差值，将测得的数据存储在计算机中，便于在加工中自动进行补偿。还可用该装置来检测刀具磨损与破损，并能自动补偿或及时报警。 该机床配有液动式防护门罩和排屑装置，若再配置上下料的工业机器人，就可以形成一个柔性制造单元（ FMC）。 青岛理工大学毕业设计（论文） 第 页 15 第 3 章 结构优化设计 3.1 数控机床的结构设计要求 数控机床的总体设计内容包括总统设计 (含数控装置的功能设计、元件和部件设计、程序段格式设计及系统的总体结构设计 )：逻辑设计 (含运算器设计、控制器设计及电路设计 )；机床主机的结构设计，鉴于椭 幅限制，本章只介绍主机的结构设计。 数控机床的功能和设计与普通机床有着很大差异。对数控机床的结构设计要求可归纳为如下几个方面 (1) 具有大的切削功率，高的静、动态刚度和良好的抗振性能 (2) 具有较高的几何精度、传动精度、定位精度和热稳定性； (3) 具有实现辅助操作自动化的结构部件。 有关提高静、动刚度，抗振性能，热稳定性相几何精度等方面的要求和结构措施，对普通机床和数控机床的设计都是一致的，但是要求的程度是有差异的。虽然，对普通机床的结构进行局部改进并配 以经济简易的数控装置，使之成为经济型数控机床这是对现有普通机床进行数控化的途径，但是决不能因此就认为，把数搀装置与普通机床连结在一起就构成一个数控机床。下面详述数控机床结构设计的主要要求。 3.1.1 提高机床的结构刚度 机床的刚度是指在切削力和其他力作用下，抵抗变形能力。数控机床比普通机床要求具有更高的静刚度和动刚度，有标准规定数控机床的刚度系数应比类似的普通机床高 50。 机床在切削加工过程中，要承受各种外力的作用，承受的静态力有运动部件和被加工零件的自重：承受的动态力有：切削力、驱动力 、加减速时引起的惯性力、摩擦阻力等。组成机床的结构部件在这些力作用下，将产生变形。如固定连接表面或运动啮合表面的接触变形；各文承零件部的弯曲和扭转变形，以及某些支承件的局部变形等，这些变形都会直接或间接地引起刀具和工件之间的相对位移，从而导致工件的加工误差，或者影响机床切削过程的特性。 由于加工状态的瞬时多变谓况复杂，通常很难对结构刚度进行精确的理论计算。设计者只能对部分构件 (如抽、丝杠等 )用计算方法计算其刚度，而对床身、立柱、工作台和箱体等零件的弯曲和扭转变形，接合面的接触变形等，只能将其简化后进 行近似计算，其计算结果往往与实际相差很大，故只能作为定性分桥的参考。近年来，虽然在机床结构设计中采用有限元法进行分杨计算，但是一般来青岛理工大学毕业设计（论文） 第 页 16 讲，在设计时仍需要对模型、实物或类似的样机进行试验、分析和对比以确定合理的结构方案。尽管如此，遵循下列原则和措施，仍可以合理地提高机床的结构刚度。 1.合理选择构件的结构形式 (1)正确选择截面的形状和尺寸 构件在承受弯曲和扭转载荷后，其变形大小取决于断面的抗弯和扭转惯性矩，抗弯和扭转惯性矩大的其刚度就高。表 3 1列出了在断面积相同 (即重力相同 )时各断面形状的惯性矩。 从表中的数据可知；形状相同的断面，当保持相同的截面积时应减小壁厚、加大截面的轮廓尺寸；圆形截面的抗扭刚度比方形截面的大，抗弯刚度则比方形截面的小；封闭式截面的刚度比不封闭式截面的刚度大很多；壁上开孔将使刚度下降，在孔周加上凸缘可使抗弯刚度得到依取决于断面的抗弯和扭转惯性短抗弯和扭转惯性矩大约其刚度就高。表 3 1 列出了在断面积相同 (即重力相同 )时各断面形状的惯性矩。从表中的数据可知；形状相同的断面，当保持相同的截面积时应减小壁厚、加大截面的轮廓尺寸；圆形截面的抗扭刚度比方形截面的大，抗弯刚度则比方形截面的 小；封闭式截面的刚度比不封闭式截面的刚度大很多；壁上开孔将使刚度下降，在孔周加上凸缘可使抗弯刚度得到恢复。 图 3-1 （ 2） 合理选择及布置隔板和筋条 合理布置支承件的隔板和筋条，可提高构件的静、动刚度。图 3-1 所示的几种立柱的结构，在内部布置有纵、横和对角筋板，对它们进行静、动刚度试验的结果列于表 3-2 中。其中以交叉筋板（序号 5）的作用最好 。青岛理工大学毕业设计（论文） 第 页 17 表 3-1 （ 3）提高构件的局部刚度 机床的导轨和支撑件的联结部件，往往是局部刚度最弱的部分但是连接方式对局部刚度的影响很大。图 3-3 给出了导轨和床身连接的 几种形式。如果导轨的尺寸较宽时，应用双臂联接型式，如图（ d）、（ e）、（ f）。导轨较窄时，可用单臂或加厚的单壁联接，或者在单壁上增加垂直筋条青岛理工大学毕业设计（论文） 第 页 18 以提高局部刚度。 （ 4）选用焊接结构的构件 机床的床身、立柱等支承件，采用钢板和型钢焊接而成，具有减小质量提高刚度的显著优点。钢的弹性模量约为铸铁的两倍，在形状和轮廓尺寸相同的前提下，如要求焊接件与铸件的刚度相同，则焊接件的壁厚只需铸件的一半；如果要求局部刚度相同，则因局部刚度与壁厚的三次方成正比，所以焊接件的壁厚只需铸件壁厚 的 80%左右。此外，无论是刚度相同以减小 质量，或者质量相同以提高刚度，都可以提高构件的谐振频率，使共振不宜发生。用钢板焊接有可能将构件做成全封闭的箱型结构，从而有利于提高构件的刚度。 3.1.2 提高机床的抗振性】 机床在切削加工时可能产生两种形态的振动：强迫振动和自激振动 (或称颤振 )。机床的抗振性是指机床抵抗这两种振动的能力。 1.强迫振动 机床强迫振动的振源是：高速旋转零部件的动态不平衡力、往复运动件的换向冲击力、周期变化的切削力等。机床外部的据源通过机床的地基传给机床，也可使其产生强迫掀动。当振源的频率与机床某部件 (如床身、主轴箱 )的某一振型(如弯曲振动、扭转振动 )的谐振频率重合，则将发生共振，使振幅大增，加工粗糙度大大增加，甚至迫使切削无法进行。 机床结构抵抗强迫振动的能力，可用动刚度 Kd或动柔度 Sd(动刚度的倒数 )来表示 Kd P A(或 Sd A P ) (7-1) 式中 P 交变力 (激振力 )的幅值； 青岛理工大学毕业设计（论文） 第 页 19 A 强迫振动的振幅。 机床结构的动态刚度可以通过激振试验来确定，并且绘制成复平面上的幅相图。田 7 7(： )是一个单自由度系统的幅相图。复坐标原点到曲线的矢量 oc表示激振频率 为的时的动态柔度 5。，矢量与实轴的夹角戳表示振幅滞后于激振力的相位角，当激振颧串购等于系统的 谐振频率此时，即 9 90时，动态柔度达到最大值 3d一。当叭 o时，即外加静态力时，系统 的静态柔度 3。就是这时的动态柔度 5d。负向最大动态柔度的实部 5d“是衡量最小稳定性的指 标。 2.自激振动 如图 3-8所示的切削过程中，由于切削前的表面有不规则的波纹度，切削余量的大 小不一或材质的不均匀，使用切削力不是稳态值 P0,而是在 P0+ P与 P0- P之间变化。切削力的这种变化，通过机床的弹性结构系统，使刀具与 工件的相对位置也发生相应的变化，从而使得切削过的表面产生新的波纹 Y，这个变化又使切削力进一步发生变化，如此反复交变和加强，就产生了自激振动的过程。它发生在切削过程之中，振动所需要能量来自切削过程的自身。 当机床弹性系统的刚度、刀具切削角度、工件与刀具的材料、切削速度和进给量都一定时，影响自激振动的主要因素就是切削宽度，因此，把不发生自激振动的最大切削宽度（也称为临界切削切削宽度） blim作为判定产生自激振动的指标，即判断切削稳定性的指标；自激振动的频率是一定的，与外界干扰力的频率无关，而是接近于机床某 一部件某一振型的谐振频率。这个部件便是机床在抗振性方面的薄弱环节。 3提高机床抗振性的措施 改善和提高机床抗振性应从以下几个方面着手。 （ 1） 减少机床的内部振源 机床的高速旋转主轴、齿轮、带轮、等均应进行平衡；装配在一起的旋转部件，应该保证同轴，并且要消除传动间隙，采用平衡装置和降低往复运动件的重量等措施，以减少可能产生的激振力；装青岛理工大学毕业设计（论文） 第 页 20 在机床上的电机或液压油泵、油马达等旋转部件需隔振安装；一些断续切削的机床，断续切削力本身就是激振力，可以在适当的部位上装上蓄能飞轮。减少机床内部振源或降低激振力，就减少了产生强 迫振动的可能性，相当于提高了机床的抗振性。 （ 2） 提高静刚度 提高静刚度可以提高构件或系统的谐振频率，从而避免发生共振。而且提高静刚度有利于改善系统的动态刚度，静柔度 Ss。减少的同时，最大动柔度 Sdmax和 SdA也相应的减小了。对于抵抗自激振动来说，提高静刚度可以提高自激振动稳定性极限。但是，如果为了提高静刚度而引起构件质量的增加会使共振频率产生偏移，这是不利的。因此，在结构设计时应强调提高单位质量的刚度。 （ 3） 增加构件或结构的阻尼 增大阻尼也是提高刚度和自激振动稳定性的有效措施。采用滑动轴承较之滚动轴承有较大的阻 尼，对滚动轴承适当预紧也能增大阻尼。将型砂或混凝土等阻尼材料填充在支承构件的零部件壁中，可以有效地提高阻尼特性。阻尼材料的相对摩擦可以耗散振动能量，抑制振