淺談高速機(jī)床的振動(dòng)

趙中太 陳 波

(四川長征機(jī)床有限公司，四川自貢643000)

高速機(jī)床在運(yùn)行過程中，由于對(duì)速度增益和加速度增益要求較高，往往會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。具體表現(xiàn)為:機(jī)床在冷機(jī)上電時(shí)無振動(dòng)現(xiàn)象;當(dāng)運(yùn)行一段時(shí)間(運(yùn)行速度和時(shí)間為任意)機(jī)床停止時(shí)，出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象，這一現(xiàn)象將持續(xù)一段較短時(shí)間，然后機(jī)床恢復(fù)到正常狀態(tài)。在振動(dòng)時(shí)，如果下電，振動(dòng)將消失。電動(dòng)機(jī)負(fù)載在振動(dòng)時(shí)變化較大，不振動(dòng)時(shí)處于正常狀態(tài)。

由現(xiàn)象可以看出，振動(dòng)與進(jìn)給系統(tǒng)有關(guān)。進(jìn)給系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、絲杠副、軸承、潤滑、導(dǎo)軌副、電動(dòng)機(jī)座、軸承座、電動(dòng)機(jī)參數(shù)組成。分別對(duì)幾個(gè)因素進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象如下:

1 電動(dòng)機(jī)參數(shù)

當(dāng)減小進(jìn)給電動(dòng)機(jī)的速度增益和加速度增益時(shí)，振動(dòng)現(xiàn)象消失;當(dāng)增加普通加工中心進(jìn)給電動(dòng)機(jī)的速度增益和加速度增益時(shí)，振動(dòng)現(xiàn)象明顯，有時(shí)根本開不動(dòng)機(jī)床。

2 電動(dòng)機(jī)座單件質(zhì)量

采用軸承孔與電動(dòng)機(jī)止口同軸度好的座子，這項(xiàng)精度直接關(guān)系到電動(dòng)機(jī)軸和絲杠軸的同軸度，振動(dòng)現(xiàn)象要好。

3 軸承

水平和垂直方向的絲杠兩頭，開始采用NSK萬能配對(duì)絲杠軸承(三個(gè)一組)。后來在水平軸的軸承座端改為兩個(gè)獨(dú)立的深溝球軸承，振動(dòng)現(xiàn)象沒發(fā)生變化。

4 溫升與振動(dòng)

對(duì)絲杠的振動(dòng)和溫升進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)過1 h的運(yùn)行，絲杠的最高溫度為40℃。振動(dòng)為高頻、小幅，不受運(yùn)行速度和時(shí)間影響。

5 聯(lián)軸器

若使用彈性聯(lián)軸器時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，機(jī)床不能運(yùn)行。改用剛性聯(lián)軸器，無此現(xiàn)象，但振動(dòng)現(xiàn)象還在。

6 電動(dòng)機(jī)

采用不同轉(zhuǎn)矩和功率的電動(dòng)機(jī)，當(dāng)采用參數(shù)大并帶有制動(dòng)功能的電動(dòng)機(jī)時(shí)，振動(dòng)現(xiàn)象消失。

7 絲杠支撐

先后采用了兩種絲杠支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。國外高速機(jī)床結(jié)構(gòu)(圖1)和傳統(tǒng)機(jī)床結(jié)構(gòu)(圖2)。

兩種結(jié)構(gòu)都有振動(dòng)現(xiàn)象:國外高速機(jī)床結(jié)構(gòu)在連續(xù)高速運(yùn)行時(shí)，絲杠能自由伸縮，不會(huì)損壞軸承，機(jī)床不報(bào)警;傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)機(jī)床在連續(xù)高速運(yùn)行時(shí)，軸承被燒壞，機(jī)床出現(xiàn)光柵尺報(bào)警。

通過以上實(shí)驗(yàn)不難看出，在設(shè)計(jì)高速機(jī)床時(shí)應(yīng)注意如下幾點(diǎn):

(1)電動(dòng)機(jī)座和軸承座在有可能的情況下，最好與基礎(chǔ)件為一體，便于保證絲杠和電動(dòng)機(jī)的同軸。

(2)絲杠的溫度數(shù)值顯示，絲杠兩端的溫度高于中間，說明高速機(jī)床絲杠發(fā)熱的主要來源是支撐軸承。建議增加軸承冷卻，如果進(jìn)給速度大于30 m/s，最好增加絲杠中空冷卻。機(jī)床精度要求越高時(shí)，建議增加基礎(chǔ)大件的循環(huán)冷卻，增加進(jìn)給系統(tǒng)溫度補(bǔ)償，盡量排除溫度對(duì)機(jī)床精度的影響。

(3)為了保證高速機(jī)床的高剛度、高響應(yīng)，建議采用剛性聯(lián)軸器。

(4)建議高速機(jī)床的絲杠支撐方式采用一端軸向固定，另一端軸向浮動(dòng)。有效消除高速切削時(shí)的熱膨脹。

(5)對(duì)絲杠的裝配建議增加中間輔助支撐，使絲杠每點(diǎn)等高。

(6)選用進(jìn)給電動(dòng)機(jī)時(shí)，要注意與機(jī)床的剛性相匹配，以及自身剛性特性。

(7)電動(dòng)機(jī)參數(shù)的設(shè)置，要注意不同系統(tǒng)，數(shù)值不同。