一种平床身数控车床的高刚度床身结构及改造方法与流程

1.本发明涉及一种平床身数控车床的高刚度床身结构及改造方法。


背景技术：

2.对于卧式数控车床，车床床身的刚度，包括床身水平面、竖直面的弯曲刚度和床身沿长度的扭转刚度，是影响车床车削加工性能的关键因素。而车床的总体设计要求和排屑要求是限制车床床身高刚度设计的重要因素。
3.目前，平床身数控车床在总体设计上，沿用了普通卧式车床(非数控)的布局形式。普通卧式车床的布局是将车床的纵向进给系统和横向进给系统设置在床身的前侧。
4.如图1所示，普通卧式车床为了给复杂的进给系统让出空间，机床床身前壁往往被设计成向内凹的形状。这样的设计使得车床水平面的弯曲刚度、竖直面的弯曲刚度和床身沿长度的扭转刚度都相对较低。对于普通卧式车床，这样的布局有利于设计进给操作机构和操作手柄或手轮，且便于操作者操作，这对于普通非数控卧式车床而言是必要的。而对数控车床而言，工人已经不再通过车床上的操作手柄或手轮来控制机床的进给。


技术实现要素：

5.由于数控车床不需要在车床上设计进给操作机构和操作手柄或手轮，使得在数控车床在总体设计上，没有了上述局限，我们不再需要牺牲车床的刚度，来满足进给系统必须设计在车床前部的要求，对数控车床而言完全有理由不再将进给系统设计在机床的前侧，由此本发明提供一种平床身数控车床的高刚度床身结构及改造方法。
6.本发明的第一个方面提供一种平床身数控车床的高刚度床身结构改造方法，包括以下步骤：
7.将原有数控车床的纵向进给系统从床身的前侧改到车床的后侧，将床身前侧空间腾空出来；
8.在床身的前壁外侧增加一个床身前壁，即将床身的前壁由单层壁结构改为双层壁结构。
9.优选地，增大纵向进给系统的刚度，包括增大纵向进给系统中丝杠的直径、丝杠支承采用预拉伸配置。
10.本发明的第二个方面提供一种平床身数控车床的高刚度床身结构，包括平床身数控车床床身，平床身数控车床床身的后侧设有纵向进给系统，平床身数控车床床身的前壁为双层壁结构。
11.本发明的有益效果是：打破传统的卧式车床总体设计方案，将数控车床的纵向进给系统，包括进给驱动伺服电机、丝杠螺母副等从床身的前侧改到后侧，将床身的前侧空间腾空出来。并在原来床身的前壁之外，也就是腾空出来的床身前侧的空间内再增加一个床身前壁，将床身的前壁改成为了双层壁结构。
12.改进后的床身有诸多优点：
13.首先，床身水平、竖直面的弯曲刚度大幅增加、床身沿长度方向的扭转刚度大幅增加。
14.其次，由于改进后的床身，床身截面中心前移，使得车削过程主切削力对床身产生扭矩的力臂减小，有利于减小床身的扭转变形。
15.车削时，产生的轴向切削力与沿丝杠轴线方向的纵向进给驱动力的偏距增大，虽然这对纵向拖板进给的平稳性造成不利影响，但可以通过增大纵向进给系统的刚度，即增大丝杠直径、丝杠支承采用预拉伸配置等方法来解决。
16.相对其不利影响，本发明所提出的方案所带来的优点更加显著，大大提升了机床性能。并且该方案的不利因素并不难解决。
附图说明
17.图1是普通卧式车床结构示意图。
18.图2是本发明的结构示意图。
19.图3a是普通卧式车床的床身中心示意图
20.图3b是本发明的床身中心示意图。
具体实施方式
21.下面将结合附图对本发明专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
23.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.参照附图，本发明的第一个实施例提供一种平床身数控车床的高刚度床身结构改造方法，包括以下步骤：
25.将原有数控车床的纵向进给系统2从床身1的前侧改到车床的后侧，将床身1前侧空间腾空出来；
26.在床身1的前壁外侧增加一个床身前壁，即将床身的前壁由单层壁结构改为双层壁结构。
27.在其它条件相同的情况下，车床床身1水平面的弯曲刚度、竖直面的弯曲刚度和床身1沿长度的扭转刚度均与其对应的惯性矩成正比。
28.对于普通卧式车床，床身截面对质心沿水平方向所求得的惯性矩：
29.i
x1
＝4.49
×
107mm430.床身截面对质心沿水平方向所求得的惯性矩i
x1
反映了普通卧式车床床身水平面的弯曲刚度的大小。
31.床身截面对质心沿竖直方向所求得的惯性矩：
32.i
y1
＝6.45
×
107mm433.床身截面对质心沿竖直方向所求得的惯性矩i
y1
反映了普通卧式车床床身竖直面的弯曲刚度的大小。
34.床身截面对质所求得的极惯性矩：
35.i
p1
＝1.09
×
108mm436.床身截面对质所求得的极惯性矩i
p1
反映了普通卧式车床床身沿长度的扭转刚度的大小。
37.对于本发明数控车床，床身截面对质心沿水平方向所求得的惯性矩：
38.i
x2
＝6.02
×
107mm439.床身截面对质心沿水平方向所求得的惯性矩i
x2
反映了本发明数控车床床身水平面的弯曲刚度的大小。
40.床身截面对质心沿竖直方向所求得的惯性矩：
41.i
y2
＝9.35
×
107mm442.床身截面对质心沿竖直方向所求得的惯性矩i
y2
反映了本发明数控车床床身竖直面的弯曲刚度的大小。
43.床身截面对质所求得的极惯性矩：
44.i
p2
＝1.53
×
108mm445.床身截面对质所求得的极惯性矩i
p2
反映了本发明数控车床床身沿长度的扭转刚度的大小。
46.可见，本发明数控车床的床身相较普通卧式车床，其水平面的弯曲刚度、竖直面的弯曲刚度和床身沿长度的扭转刚度均有明显的提升。
47.如图3a-b所示，本发明床身截面中心前移，使得车削过程主切削力对床身产生扭矩的力臂减小，改进前的力臂为e1，改进后的力臂为e2，显然e2＜e1，有利于减小床身的扭转变形。
48.车削时，产生的轴向切削力与沿丝杠轴线方向的纵向进给驱动力的偏距增大，虽然这对纵向拖板进给的平稳性造成不利影响，但可以通过增大纵向进给系统的刚度，即增大丝杠直径、丝杠支承采用预拉伸配置等方法来解决。相对其不利影响，本发明所提出的方案所带来的优点更加显著，大大提升了机床性能。并且该方案的不利因素并不难解决。
49.本发明的第二个实施例提供一种平床身数控车床的高刚度床身结构，包括平床身数控车床床身1，平床身数控车床床身1上设有三爪卡盘3，平床身数控车床床身1的后侧设有纵向进给系统2，平床身数控车床床身1的前壁为双层壁结构4。
50.本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。