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数控机床的刚性释义

数控机床的刚性是指机床在加工产品时产生的振动,刚性高振动小,刚性小振动大。机床的床身、传动系统直接能影响到整台机床的刚性。不同刚性的机床在加工产品时对刀具的选用和损耗影响非常大,也直接影响到了最终的生产效率和生产成本。

机床的刚性体现在两个方面:静刚性和动态刚性
 
一、静刚性表示机床在切削过程中所引起的机床自身的变形的大小。 
 举个具体体现的例子: 
 切削受力X方向1000N,Y方向500N,Z方向200N。XYZ方向丝杠系统刚度K=100,100,80.则切削时三轴各自的变形:      δx=1000/100=10μm=0.01mm,  δy=0.005mm,  δz=0.0025mm。  
 例子中所述的K值即为衡量机床刚性的一个值。通常机床丝杠系统的K值在50~200之间。  
 除此之外,还有导轨的变形,床身的变形等等。静刚性是由多种因素构成的,但最主要的环节是三轴丝杠系统的静刚性(车床为2轴)。
 
二、动态刚性是衡量一台机床刚性的最重要指标。
    
 通俗的讲,机床动态刚性是指机床抵抗受迫振动的能力大小,术语上称为固有频率的大小。    
 刀具在切削的时候是高速旋转的,旋转切削及材料内部不均匀或者杂质引起振动。切削部位是整台设备的振动源。设备的丝杠系统、导轨系统,床身受振动源的影响会产生受迫振动。如果机床各部件的振动较大,就会对加工产生非常不利的影响,主要影响切削的粗糙度及刀具寿命,对高精度加工更是有致命性影响。
 动态刚性受很多方面的影响,其中最主要的是丝杠导轨系统的动态 刚性及床身铸铁件的抗振动频率,当然主轴刚性是最基础的也是最重要的环节。
依照经验:
1、丝杠直径越大、床身自重越大,主轴前端轴承内直径越大,则动态刚性越好;
2、一般滚子轴承或滚柱直线导轨比滚珠式的动态刚性好,但转速受影响(滚柱轴承一般只用于车床);
3、一般滑动导轨比滚动导轨动态刚性好,但滑动速度受影响(滑动导轨速度一般<30m/min,滚动导轨可以达到180m/min)   另外,机床调试参数的设置对动态刚度性能有非常大的影响。机械性能是基础,电气调试与机械性能的契合度却是发挥机械性能的关键条件。假设机械性能的得分是 80分,但是电气调试数只能发挥其50%,这就比机械性能得分60分,电气调试发挥其90%的情况来得差。(电气参数不合理会引起伺服电机的反馈震颤)。
 动态刚性没有具体检测的指标,但是通过试切样件可以大致看出机床的动态刚性的性能。主要通过大吃刀量切削测试、精加工样件测试、圆顶球面样件切削测试三个方面来检测。  
 综上所述,动态刚性受机械设计、机械制造、电气调试等贯穿于机床生产的所有环节的影响,是一台数控设备的综合性能的体现。通常来说,动态刚性与静态刚性是正比关系。

 
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