基于機(jī)床振動原因?qū)碓O(shè)計的探討

彭志

（沈陽機(jī)床股份有限公司，遼寧 沈陽 110141）

數(shù)控機(jī)床在加工切削過程中，產(chǎn)生振動是不可避免的。但是當(dāng)振動超過一定限度時，不僅降低加工零件的加工精度，而且影響工件的表面品質(zhì)并降低刀具壽命。影響加工精度及表面品質(zhì)的因素很多，其中機(jī)床移動部件移動產(chǎn)生的振動，是導(dǎo)致工件加工精度得不到保證及工件表面品質(zhì)差的最主要原因。所以本文在實例設(shè)計過程中，通過從滑枕本身的結(jié)構(gòu)、進(jìn)給系統(tǒng)與運(yùn)動系統(tǒng)3個方面綜合考慮，并主要基于怎樣最大限度降低并控制機(jī)床振動來探討分析滑枕的設(shè)計過程，探討設(shè)計方法，并在實例應(yīng)用中取得良好的實用效果。

1 滑枕部件自身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

從滑枕部件自身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化考慮，高的機(jī)床精度與穩(wěn)定性，需要有先進(jìn)的、優(yōu)化的機(jī)床結(jié)構(gòu)來支撐及保證。目前滑枕結(jié)構(gòu)主要有截面為正方形、矩形、圓形、正八角形等結(jié)構(gòu)形式。本實例采用具有獨(dú)特抗振性的截面，為矩形的滑枕結(jié)構(gòu)（如圖1）。

圖1 滑枕截面圖

從振動學(xué)角度來說，由于滑枕截面是矩形形狀，在滑枕兩不同方向產(chǎn)生的振動波由于矩型邊的尺寸不同，因而振動波的頻率就不同，兩方向振動波的疊加效應(yīng)，相比其他滑枕方式就小得多（如圖2）。因此，本實例采用抗振性能最優(yōu)良的矩形滑枕。

圖2 滑枕波差示意圖

2 驅(qū)動滑枕運(yùn)動的進(jìn)給系統(tǒng)

從驅(qū)動滑枕運(yùn)動的進(jìn)給系統(tǒng)著手，由于滑枕的重心上是機(jī)床主軸等部件，因此驅(qū)動滾珠絲杠不可能安裝在重心的位置上。本文實例采用先進(jìn)的重心驅(qū)動技術(shù)（如圖3），即采用兩個驅(qū)動點(diǎn)對稱分布于滑枕中心的兩側(cè)，也就是兩驅(qū)動點(diǎn)夾住重心，在滑枕重心兩端平均施力，滑枕即可沿直線運(yùn)動，不會產(chǎn)生振動。

圖3 重心驅(qū)動圖

重心驅(qū)動的最大效果，是控制振動。在機(jī)床刀具加工工件過程中，如果產(chǎn)生振動，重心驅(qū)動較其他驅(qū)動方式相比，還能迅速消除振動。

重心驅(qū)動技術(shù)將振動控制在最小程度，進(jìn)而提高機(jī)床的加工精度，提升機(jī)床的加速性能，優(yōu)化圓切削加工的圓度，有效延長刀具壽命。

3 運(yùn)動系統(tǒng)—滑枕導(dǎo)軌的布局

導(dǎo)軌對于運(yùn)動的滑枕，起到支撐與導(dǎo)向的作用。導(dǎo)軌的布局，直接影響滑枕部件運(yùn)動過程中的振動大小。本實例采用導(dǎo)軌大跨距對角布置形式，對稱于滑枕重心布局。這種布局形式，是導(dǎo)軌重心連線通過滑枕的重心，并分布對稱于對角線上。這種形式不但可減少滑枕振動，而且增大導(dǎo)軌跨距，大大增加了滑枕部件的抗扭能力，增加整個機(jī)床的扭矩。

圖4 導(dǎo)軌布局圖

4 結(jié)束語

把振動作為主要考慮因素，通過對實例滑枕部件設(shè)計過程及方法的探討，結(jié)合滑枕本身結(jié)構(gòu)、進(jìn)給系統(tǒng)、運(yùn)動系統(tǒng)3個方面考慮，實際中優(yōu)化滑枕這3個方面的結(jié)構(gòu)，使這3個方面得以最大的優(yōu)化，并有效地結(jié)合在一起，最大限度從設(shè)計結(jié)構(gòu)入手，來降低機(jī)床振動的技術(shù)難題，做到控制減振，并在實際的實例應(yīng)用中，取得很好的效果。

[1]聞邦椿.機(jī)械振動學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2011.

[2]S A托貝斯.機(jī)床振動學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1977.

[3]袁冬梅，羅 輯，唐毅鋒.數(shù)控機(jī)床振動監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].機(jī)床與液壓，2007，35(4)：221-222.