运用新思想新理论设计自准直导轨磨床.doc

精密制造与自动化 运用新思想新理论设计自准直导轨磨床 长春工程学院( 1 3 0 0 1 2 )闫占辉 安徽电建二公司( 2 3 2 0 0 1 )叶结红 吉林省机电研究院( 1 3 0 0 1 2 )曹毅 摘要本文提出了设计大型精密机床的一种 新理 论和新 方法, 应 用这一 理论 设计了 一台 自准 直导轨 磨床, 经 过十几 年的 使 用, 表明它具有精度高、费用低的特点, 而且不需 要恒温 车间。使用 这种机 床加工 的零件, 它的 线形误 差小于 0 . 0 0 1 m m / m , 并 且加工精度能保持长期稳定。 关键词自准直导轨磨床 一、前言 加, h 减小, 实际上, h 永远不等于零。即: 增加 大型精密机床是汽车制造业的重要制造设备, 刚度, 只能减小热变形, 而不能消除热变形。 国外生产的大型精密机床是按照传统设计方法 一般地, 龙门式精密机床, 它的龙门是一种刚性 刚性设计方法设计的, 我国自己生产的大型精密机 的封闭结构, 其上部和下部的温度是不等的, 因此整 个龙门处于一种不定的弯曲应力状态, 从而引起立 床, 是在消化和掌握国外设计方法的基础上设计的。 刚性化设计的优点是: 增加刚度, 可以减小热变形, 从而提高加工精度。但也有一些缺点: ( 1 ) 大刚度使得床身过于笨重, 浪费金属材料, 不便于周期性调整。 ( 2 ) 要保证加工精度, 必须将车床放在恒温车 间, 维护费用极高。 因此, 我们运用一种新思想设计大型精密机床, 它不需恒温车间, 而且精度保持长期稳定。其要点 是: ( 1 ) 以地为本是运用新思想设计大型精密机床 的前提。 ( 2 ) 柔性是运用新思想设计大型精密机床的基 础。 二、设计大型精密机床存在的主要问题 我们知道, 热变形是影响精加工精度的主要因 素, 为了减小热变形, 提高加工精度, 我们常常采用 图 1龙门机床的封闭结构 柱变形, 加工精度降低, 图 1 是对 B 2 1 6 型龙门刨床 立柱变形的测量结果( 用实线表示的测量结果, 当日 最高温度为 3 3 ; 用虚线表示的测量结果, 当日最 低温度为 2 6 ) , 用实线表示的立柱, 相对于正常位 置外倾 0 . 0 3 5 m m , 用虚线表示的立柱, 相对于正常位 置内倾 0 . 0 6 5 m m , 对比两日的测量结果可知, 总的变 形量达 0 . 1 0 m m , 因此, 这种龙门式结构也是不合理 的。 增加床身刚度的方法, 这种方法对抵抗外力、减小振 为了使机床更稳定, 设计者常常把床身和基础 动无疑是有利的。床身凸凹变化值 h 为 固结在一起。然而, 在这种情况下, 要发生热变形。 2 t l 如图2 所示, 当一 9 米床身自由的安放在基础上时, h = ( 1 ) 8 H 由于四季气温的变化, 将引起床身及基础的热变形, 在公式( 1 ) 中, t 表示床身上下表面温差的绝 床身相对于基础的变形量( A 与 B 的和) 最大达 对值, 表示床身的热膨胀系数, l 表示床身的长 1 . 1 2 m m , 这是由于床身和基础的热膨胀系数不同, 度, H 代表床身的高度。由此, 我们得知: H 值增 1 2  2 0 0 2 年第 4 期( 总第 1 5 2 期) 导致变形量的差异。分析图 2 结果可知, 这种安装 塑流载荷, 如图 4 所示, P c r 代表临界载荷, P j 代表极 机床的方法不利于保证机床的加工精度。 限载荷, 当载荷处于压密区时, 载荷 P 与变形量S 成 正比, 土壤只在垂直面内产生变形, 因此, 大地是稳 定的。 另外, 土壤的承载能力是 8 - 8 0 t / m 2 , 新型自准 2 , 稳定系数超过 2 2 直导磨床承载能力是 0 . 3 7 t / m 倍, 因而, 地基是稳定的。 不仅地基的表层是稳定的, 深层也是稳定的, 图 5 是地基的等压力线, B 代表条型地基的载荷宽度, 图 2床身相对与基础的变形 P 0 代表等压载荷, 框内数字表示在该处产生载荷与 为了更深入的说明这种安置方法对加工精度的 施加于表面载荷之比。分析图 5 可知, 深层地基也 影响, 对长春第二机床厂的导轨磨床在垂直面内的 是稳定的。 线性误差进行测量, 其结果如图3 所示, 折线 1 表示 第一次测量结果( 当日的最高温度是 3 ) , 导轨面 外凸3 5 m , 折线 2 表示第二次测量结果( 当日的最 高温度是- 6 ) , 导轨面内凹 1 3 5 m 。因此更进一 步说明这种安装方法影响加工精度。 图 5 地基的等压力线 2 柔性是设计