機(jī)床的剛度是指在切削力和其他力作用下，抵抗變形能力。
數(shù)控機(jī)床比普通機(jī)床要求具有更高的靜剛度和動(dòng)剛度，有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定
數(shù)控機(jī)床的剛度系數(shù)應(yīng)比類(lèi)似的普通機(jī)床高50%。
機(jī)床在切削加工過(guò)程中，要承受各種外力的作用，承受的靜態(tài)力有運(yùn)動(dòng)部件和被加工零件的自重，承受的動(dòng)態(tài)力有：切削力、驅(qū)動(dòng)力、加減速時(shí)引起的慣性力、摩擦阻力等。機(jī)床的結(jié)構(gòu)部件在這些力作用下，將產(chǎn)生變形，如固定連接表面或運(yùn)動(dòng)嚙合表面的接觸變形；各支承零件部的彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，以及某些支承件的局部變形等，這些變形都會(huì)直接或間接地引起刀具和工件之間的相對(duì)位移，從而導(dǎo)致工件的加工誤差，或者影響機(jī)床切削過(guò)程的特性。
由于加工狀態(tài)的瞬時(shí)多變情況復(fù)雜，通常很難對(duì)結(jié)構(gòu)剛度進(jìn)行精確的理論計(jì)算。設(shè)計(jì)者只能對(duì)部分構(gòu)件(如軸、絲杠等)用計(jì)算方法計(jì)算其剛度，而對(duì)床身、立柱、工作臺(tái)和箱體等零件的彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，接合面的接觸變形等，只能將其簡(jiǎn)化后進(jìn)行近似計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果往往與實(shí)際相差很大，故只能作為定性分析的參考。近年來(lái)，雖然在機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用有限元法進(jìn)行分析計(jì)算，但是一般來(lái)講，在設(shè)計(jì)時(shí)仍需要對(duì)模型、實(shí)物或類(lèi)似的樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)、分析和對(duì)比以確定合理的結(jié)構(gòu)方案，盡管如此，遵循下列原則和措施，仍可以合理地提高機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛度。
1.合理選擇構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式
(1)正確選擇截面的形狀和尺寸
構(gòu)件在承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷后，其變形大小取決于斷面的抗彎和扭轉(zhuǎn)慣性矩，抗彎和扭轉(zhuǎn)慣性矩大的其剛度就高。表7-1列出了在斷面積相同(即重力相同)時(shí)各斷面形狀的慣性矩。從表中的數(shù)據(jù)可知：形狀相同的斷面，當(dāng)保持相同的截面積時(shí)，應(yīng)減小壁厚、加大截面的輪廓尺寸，圓形截面的抗扭剛度比方形截面的大，抗彎剛度則比方形截面的?。环忾]式截面的剛度比不封閉式截面的剛度大很多；壁上開(kāi)孔將使剛度下降，在孔周加上凸緣可使抗彎剛度得到恢復(fù)。
(2)合理選擇及布置隔板和筋條
合理布置支承件的隔板和筋條，可提高構(gòu)件的靜、動(dòng)剛度。圖7—1所示的幾種立柱的結(jié)構(gòu)，在內(nèi)部布置有縱、橫和對(duì)角筋板，對(duì)它們進(jìn)行靜、動(dòng)剛度試驗(yàn)的結(jié)果列于表7—2中。其中以交叉筋板(序號(hào)5)的作用最好。
對(duì)一些薄壁構(gòu)件，為減小壁面的翹曲和構(gòu)件截面的畸變，可以在壁板上設(shè)置圖7—2所示的筋條，其中以蜂窩狀加強(qiáng)筋較好，如圖中(f)所示。它除了能提高構(gòu)件剛度外，還能減小鑄造時(shí)的收縮應(yīng)力。
(3)提高構(gòu)件的局部剛度
機(jī)床的導(dǎo)軌和支承件的聯(lián)接部件，往往是局部剛度最弱的部分，但是聯(lián)接方式對(duì)局部剛度的影響很大。圖7—3給出了導(dǎo)軌和床身聯(lián)接的幾種形式，如果導(dǎo)軌的尺寸較寬時(shí)，應(yīng)用雙壁聯(lián)接型式，如圖中(d)、(e)、(f)。導(dǎo)軌較窄時(shí)，可用單壁或加厚的單壁聯(lián)接，或者在單壁上增加垂直筋條以提高局部剛度。
(4)選用焊接結(jié)構(gòu)的構(gòu)件
機(jī)床的床身、立柱等支承件，采用鋼板和型鋼焊接而成，具有減小質(zhì)量提高剛度的顯著優(yōu)點(diǎn)。鋼的彈性模量約為鑄鐵的兩倍，在形狀和輪廓尺寸相同的前提下，如要求焊接件與鑄件的剛度相同，則焊接件的壁厚只需鑄件的一半；如果要求局部剛度相同，則因局部剛度與壁厚的三次方成正比，所以焊接件的壁厚只需鑄件壁厚的80%左右。此外，無(wú)論是剛度相同以減輕質(zhì)量，或者質(zhì)量相同以提高剛度，都可以提高構(gòu)件的諧振頻率，使共振不易發(fā)生。用鋼板焊接有可能將構(gòu)件做成全封閉的箱形結(jié)構(gòu)，從而有利于提高構(gòu)件的剛度。
2.合理的結(jié)構(gòu)布局可以提高剛度
以臥式鏜床或
臥式加工中心為例進(jìn)行分析，在圖7-4所承的幾種布局形式中，(a)、(b)、
(c)三種方案的主軸箱是單面懸掛在立柱側(cè)面，主軸箱的自重將使立柱產(chǎn)生彎曲變形；切削力將使立柱產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形。這些變形將影響到加工精度。方案(d)的主軸箱中心位于立柱的對(duì)稱(chēng)面內(nèi)，主軸箱的自重不再引起立柱的變形，相同的切削力所引起的立柱的彎曲和扭轉(zhuǎn)變形均大為減小，這就相當(dāng)子提高了機(jī)床的剛度。
數(shù)控機(jī)床的拖板和工作臺(tái)，由于結(jié)構(gòu)尺寸的限制，厚度尺寸不能設(shè)計(jì)得太大，但是寬度或跨度又不能減小，因而剛度不足，為彌補(bǔ)這個(gè)缺陷，除主導(dǎo)軌外，在懸伸部位增設(shè)輔助導(dǎo)軌，可大大提高拖板和工作臺(tái)的剛度。
3.采取補(bǔ)償構(gòu)件變形的結(jié)構(gòu)措施
當(dāng)能夠測(cè)出著力點(diǎn)的相對(duì)變形的大小和方向，或者預(yù)知構(gòu)件的變形規(guī)律時(shí)，便可以采，取相應(yīng)的措施來(lái)補(bǔ)<
