淺談高速機床的振動

趙中太 陳 波

(四川長征機床有限公司，四川自貢643000)

高速機床在運行過程中，由于對速度增益和加速度增益要求較高，往往會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。具體表現(xiàn)為:機床在冷機上電時無振動現(xiàn)象;當運行一段時間(運行速度和時間為任意)機床停止時，出現(xiàn)振動現(xiàn)象，這一現(xiàn)象將持續(xù)一段較短時間，然后機床恢復(fù)到正常狀態(tài)。在振動時，如果下電，振動將消失。電動機負載在振動時變化較大，不振動時處于正常狀態(tài)。

由現(xiàn)象可以看出，振動與進給系統(tǒng)有關(guān)。進給系統(tǒng)由電動機、聯(lián)軸器、絲杠副、軸承、潤滑、導(dǎo)軌副、電動機座、軸承座、電動機參數(shù)組成。分別對幾個因素進行了實驗，實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象如下:

1 電動機參數(shù)

當減小進給電動機的速度增益和加速度增益時，振動現(xiàn)象消失;當增加普通加工中心進給電動機的速度增益和加速度增益時，振動現(xiàn)象明顯，有時根本開不動機床。

2 電動機座單件質(zhì)量

采用軸承孔與電動機止口同軸度好的座子，這項精度直接關(guān)系到電動機軸和絲杠軸的同軸度，振動現(xiàn)象要好。

3 軸承

水平和垂直方向的絲杠兩頭，開始采用NSK萬能配對絲杠軸承(三個一組)。后來在水平軸的軸承座端改為兩個獨立的深溝球軸承，振動現(xiàn)象沒發(fā)生變化。

4 溫升與振動

對絲杠的振動和溫升進行檢測，經(jīng)過1 h的運行，絲杠的最高溫度為40℃。振動為高頻、小幅，不受運行速度和時間影響。

5 聯(lián)軸器

若使用彈性聯(lián)軸器時，系統(tǒng)報警，機床不能運行。改用剛性聯(lián)軸器，無此現(xiàn)象，但振動現(xiàn)象還在。

6 電動機

采用不同轉(zhuǎn)矩和功率的電動機，當采用參數(shù)大并帶有制動功能的電動機時，振動現(xiàn)象消失。

7 絲杠支撐

先后采用了兩種絲杠支撐結(jié)構(gòu)進行了實驗。國外高速機床結(jié)構(gòu)(圖1)和傳統(tǒng)機床結(jié)構(gòu)(圖2)。

兩種結(jié)構(gòu)都有振動現(xiàn)象:國外高速機床結(jié)構(gòu)在連續(xù)高速運行時，絲杠能自由伸縮，不會損壞軸承，機床不報警;傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)機床在連續(xù)高速運行時，軸承被燒壞，機床出現(xiàn)光柵尺報警。

通過以上實驗不難看出，在設(shè)計高速機床時應(yīng)注意如下幾點:

(1)電動機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機的同軸。

(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，如果進給速度大于30 m/s，最好增加絲杠中空冷卻。機床精度要求越高時，建議增加基礎(chǔ)大件的循環(huán)冷卻，增加進給系統(tǒng)溫度補償，盡量排除溫度對機床精度的影響。

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

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

(5)對絲杠的裝配建議增加中間輔助支撐，使絲杠每點等高。

(6)選用進給電動機時，要注意與機床的剛性相匹配，以及自身剛性特性。

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