（定稿）半闭环数控车床总体设计（CAD图纸+毕业论文）

机床大件的设计，目前主要是根据生产中使用性能良好的同类型产品的同类型大件进行类比设计。

但由于各种机床的受力情况和工作要求不尽相同，为了使类比设计能符合实际需要，并进步提高机床大件的设计水平，应对机床受力情况，静刚度，动刚度和热变形特性进行分析，以确定各大件的合理组合和设计出性能良好，工艺简单的大件结构。

对些高精度机床，大型机床或者所设计的机床缺乏可供参考的同类机床时，就需要对机床大件受载后的变形量和刚度进行分析，以便对比，选择各类结构。

.机床的振动和提高刚度措施机床振动的类型机床振动的分类有以下几种按产生振动的原因分.自动振动弹性系统离开平衡位置后，在没有外界振动条件下，只靠其弹性恢复力来维持的振动叫自由振动。

自由振动的频率为系统的固有频率。

当有阻尼时，振动逐渐衰减。

例如机床大件受到移动部件撞击后产生的振动。

机床是经常产生的振动，大多是自激振动和受迫振动。

.受迫振动在外界激振动的持续作用下，弹性系统被迫振动叫受迫振动。

受迫振动的特性与外界激振力的大小和频率密切相关，振动的频率和激振力的相同。

当激振频率与系统的固有频率接近时，振幅急剧增加，即系统的振动强烈，这种现象叫“共振”。

例如，断续切削力，运动部件的离心力，由地基传来的外界振源的激振力等作用在大件上所引起的振动。

受迫振动的振源，最主要的是旋转体的不平衡所引起的。

机床内部的受迫振源大致有以下几类由高速零件的不平衡所产生的离心力造成的。

这些零件首先是电机转子，其次是带轮特别是带有轮幅和轮缘内表面未加工的带轮，法兰盘，铣刀头等。

滚动轴承的跳动有时也有很大的影响。

往复运动机构与摇摆机构所引起的惯性冲击。

如插齿机插齿刀的往复运动等。

由于传动力变化所引起的受迫振动。

如胶带的接头和胶带的不均匀性齿轮齿距和齿形的误差及齿形变形高速轴上装有凸轮等等。

切削过程的不连续性所引起的受迫振动。

如在铣削中由于铣刀每个齿的断续切削以及切削断面积的变化车削中由于切削余量的变化等。

.自激振动没有外界激振力。

维持振动的交变力，是由机床切削过程本身所产生或控制的。

当切削过程停止，就没有交变力。

振动的频率接近于系统的固有频率。

切削过程和机床振动系统之间存在着反馈联系。

因而自激振动是由于系统具有非震荡性能源和反馈特性所引起的种稳定的周期性振动。

机床切削时产生的振动有不少是属于自激振动。

机床上的自激振动是常发生于刀具与工件之间的种相对振动的，它是在切削过程中产生，并从切削过程中得到激振力，即从机床中得到能量的。

在般情况下，切削用量增加，切削力越大，自激振动就越剧烈。

受迫振动与自激振动的不同点在于自激振动是有切削过程中的特性引起的，其频率与振动系统的固有频率相接近，自激振动旦出现，它的振幅从小到大增加得很快受迫振动的频率则与受迫振源的频率相接近。

所以，要消除由两种不同的原因所引起的振动，就必须首先分清楚这两种振源，以便采用不同的消除方法。

按机床振动的特征分机床是个多自由的振动系统，故存在着多个固有频率及相应的振型，在工作过程中通常出现以下三种振型.整体摇晃机床整体在地基支承上的振动形式。

摇晃时，机床上沿长度和高度方向上各点振幅按线性分布。

垂直于机床窄长方向的平面内的摇晃，其固有频率般为最低。

对整机摇晃，动刚度影响较大的是机床支承部位和地基的刚度与阻尼。

.部件接合面间的相对振动机床的个部件作为刚体在接合面处相对另个部件的直线振动或晃动。

对于可移动接合面，固有频率较低，但阻尼较大对于固定接合面，则相反。

.机床零部件本体振动如机床床身，立柱及主轴等的弯曲振动，传动系统的扭转振动等。

频率般比前两种振型高。

提高机床结构动刚度的措施调高机床结构的静刚度和固有频率主要措施有.合理设计结构的断面形状和尺寸，以便在相同重量下具有较高的刚度和固有频率。

例如在条件允许下，应首先尽可能地增加断面轮廓尺寸而不增加壁厚受偏心载荷和扭转力矩的构件，应尽可能采用封闭形断面主要受扭的构件，应使断面形状为圆形或接近正方形根据构件在载荷作用下的弯矩图，增大受最大弯矩处的高度，作为不等断面等。

.合理布置构件的筋板和筋，能显著提高其刚度和固有频率。

.改善构件间或构件与地基联结处的刚度。

提高螺钉联结处的局部刚度，能改善整个结构的刚度，尤其对受弯曲载荷的构件，效果更为明显。

改善机床结构的阻尼特性主要措施有以下几个方面.充分利用接合面间的摩擦阻尼。

提高接合面间的摩擦阻尼的原则即使接合面的摩擦面上具有较大的压力，又能在振动时作微小的相对移动。

这种移动虽使静刚度略有降低，但因阻尼增加，因而使动刚度提高。

.采用泥芯和混凝土等阻尼材料填充机床大件内的空腔，在振动时利用相对摩擦来消耗振动能量。

大件的泥芯留在铸件内，可以提高结构的阻尼特性。

.在大件表面采用阻尼涂层。

对于弯曲振动构件，在其表面喷涂层具有高内阻尼和较高弹性模量的粘滞弹性材料，涂层厚度越大，阻尼越大。

采用约束阻尼带或阻尼夹心结构。

这种结构的阻尼大小取决于约束带的刚度和阻尼层的剪切模量，采用刚度大的约束带和剪切模量极低，材料内阻尼高的压敏式阻尼胶，可得较高的阻尼。

.机床热变形的形成及其特点机床的热变形主要影响机床的几何精度和工作精度，对于配合的零件，热变形将使导轨接触条件恶化，增加运动部件的空载功率消耗和导轨的磨损。

对于精度要求较高的机床，大件的热变形往往是影响机床精度的最主要的因素。

决定机床大件的热变形类型及其数值的因素。

.热形成的条件如大件上各热源的分布情况及各热源的热量大小自其他大件或周围气流传入的热量及其位置等。

.大件的热学特性如大件的热容量大件本身的导热条件和各大件间