【文章內容簡介】 二、提高機床結構的抗振性中國機械資訊網.^ P B V w _ I中國機械資訊網 l C E F d 機床的振動會在被加工工件表面留下振紋，影響工件的表面質量，嚴重時則使加工過程難以進行下去。機床加工時可能產生兩種形式的振動：強迫振動和自激振動。機床的抗振性指的是抵抗這兩種振動的能力。中國機械資訊網:w%D3u f39。x4a+Q q Y)p t8g k8t f2QF(r {0強迫振動是在各種動態(tài)力 ( 如高速回轉零件的不平衡力、往復運動件的換向沖擊力、周期變化的切削力等 ) 作用下被迫產生的振動。如果動態(tài)力的頻率與機床某部件的固有頻率重合，則將發(fā)生共振。機床結構抵抗強迫振動的能力可以用動剛度大小來表示。(K Tk:q \ {amp。V0 w0j \8G8u b1c/a0自激振動是在投有外加動態(tài)力的情況下，由切削過程自身所激發(fā)的振動。自激振動的頻率接近或略高于機床主振型的低階固有頻率，振幅較大，對加工過程產生極為不利的影響。當機床的剛度、刀具切削角度、工件與刀具材料、切削速度和進給量都一定時，影響自激振動的主要因素就是切削寬度 b ，因此，可以把不產生自激振動的最大切削寬度，稱為臨界切削寬度 ，作為判斷機床切削穩(wěn)定性 ( 抵抗自激振動的能力 ) 的指標。z J7H$m6G M ?0 R ~ G M L T0高速切削是產生動態(tài)力的直接因素，強力切削也意味著切削寬度大。數控機床在追求高速度、高切削效率的同時，也埋下了容易產生受迫振動和自激振動的根源。切削過程的自動化又使得振動難以由人工來控制和消除，數控機床只有靠自身機床結構的高抗振性來減小和克服振動對加工精度、加工過程的影響。2o @ h w,A { D0 !^ O p*b ? G0q l0提高機床的抗振性，可以從提高靜剛度、固有頻率和增加阻尼幾個方面著手。提高靜剛度的措施已在前面有詳細的介紹。因為固有頻率 ( 其中， K 為靜剛度， m 為結構質量 ) ，所以在提高靜剛度時，能相對減小結構件的重量，即提高單位重量的剛度，則能提高固有頻率。前面介紹的合理布置筋板，采用鋼板焊接結構等提高靜剛度的措施，同樣能達到提高固有頻率的目的。下面將主要介紹數控機床在增加阻尼方面采取的措施。中國機械資訊網 H$x l d/f Y R6K$d中國機械資訊網6g/[(S_*A l2~ N/M 1 ．基礎件內腔充填泥芯、混凝土等阻尼材料中國機械資訊網 C V,Y *{ K Q | oN I }b d0中國機械資訊網 r。D {$y h _(FL+| ? gP ] i0圖58 v E q h g eu [ i:I o d0在基礎件內腔充填泥芯、混凝土，振動時可利用相對摩擦來耗散振動能量，從而提高結構的阻尼特性。圖58 所示為兩種車床床身結構及動態(tài)特性的對比，充填泥芯的 床身阻尼顯著增加。圖59 所示為 DNE 480L 型數控車床的底座和床身結構，底座內所充填的混凝土的內摩擦阻尼較高，再配以封砂的 床身，使機床有較高的抗振性。s ` j s:L D.} c q(mn0 (d%Q ]m U t N0)X5_M7v _ } Y+x0 %m9a o [o i%u1g7n n02 ．表面采用阻尼涂層yO)A:Y*C H a0 中國機械資訊網)b n M:D!x p | m q 對于彎曲振動結構件，在其表面噴涂一層具有較高內阻尼和較高彈性的粘滯材料 ( 如瀝青基制成的膠泥減振劑、高分子聚合物和油漆膩子等 ) ，涂層厚度愈大，阻尼愈大。采用阻尼涂層，既可不改變原設計的結構和剛度，又能獲得較高的阻尼比，其阻尼比 ξ 值可達 ~ 。這種措施常用于鋼板焊接的結構。6` ~8E0{1Y8e z i r5M Y5h0 中國機械資訊網 Camp。v$uN8s4D!G n T f 3 ．采用新材料制造基礎件L7E t4` X0^(Y0 ?%q ^ [ y p0最近 10 年來，德國和瑞士在應用聚合物混凝土制造基礎件的研究中取得了進展。德國布格哈特—韋貝爾 (BURKHARUTamp。WEBER) 公司為 HYOP80 NC W 型加工中心制成了丙烯酸樹脂混凝土床身，其動剛度比鑄鐵件的高 6 倍。瑞士的精密磨床生產 廠家斯 圖德 (STUDER) 公司制成了 S40 和 S50 系列數控外圓磨床的樹脂混凝土床身，具有剛度高、 抗振性好 、耐化學腐蝕和耐熱的特點。中國機械資訊網0@ r kw H)}8w0h u4c WQ6?N$x*q l04 ．充分利用接合面間的阻尼/X J*J0@ N Q k w7\0 中國機械資訊網 m+R R h [ NY+H!_ L W 在焊接結構上，壁板和 筋板 之間采用間斷焊接 ( 即焊一段，空一段，再焊一段 ) ，空的那一段振動時互相摩擦，可消耗振動能量，從而獲得良好的阻尼特性。中國機械資訊網%Y n6a \ }a中國機械資訊網 l4k8]~6lf!uamp。r+V!c*h 三、減小機床的熱變形n9w(@ D P P0 中國機械資訊網39。[ \t39。V2@C,} i9B 熱膨脹是各種金屬和非金屬材料的固有特性。機床在工作時，有許多部件和部位會產生大量熱量，如電機、滾動軸承、切屑及刀具與工件的切削部位、液壓系統(tǒng)等。這些產生熱量的部件和部位稱為熱源。熱源產生的熱量通過傳導、對流、輻射傳遞給機床的各個部件，引起溫升，產生熱膨脹。由于熱源分布不均勻，各熱源產生的熱量不等，零部件各處質量不均勻，形成機床各部位溫升不一致，從而產生不均勻的溫度場和不均勻的熱膨脹變形，以致破壞刀具與工件的正確相對位置，影響加工精度。中國機械資訊網P w } zamp。S V S中國機械資訊網 ?E O O。D k1R ] n 數控機床的主軸轉速、進 給速度 遠高于傳統(tǒng)機床，并且大切削用量產生的熾熱切屑也多，故發(fā)熱遠較傳統(tǒng)機床嚴重，而熱變形對加工精度的影響往往難以由操作者修正，因此對如何減小機床的熱變形應予以特別重視。中國機械資訊網 w { y{ F a$| vk%c3|39。A*B01 ．改進機床布局和結構設計中國機械資訊網 w:O V zw \中國機械資訊網 m8q ,Y w a p9E t (1) 采用熱對稱結構 {/[ |0i0 中國機械資訊網 t!o _5C l1f 這種結構相對熱源是對稱的。這樣在產生熱變形時，可保證工件或刀具回轉中心對稱線的位置不變，從而減小熱變形對加工精度的影響。最典型的實例是許多臥式加工中心所采用的框式雙立柱結構，主軸箱嵌入框式立柱內 ( 見圖 59) ，且以立柱左、右導軌兩內側定位，在熱變形時，主軸中心在水平方向的位置保持不變，從而減小了熱變形的影響。famp。m K p(Y/R R0 中國機械資訊網1~Gamp。M1Z!v,ml b,B i P (2) 采用預拉伸的滾珠絲杠結構x ~。H k0S l t0 中國機械資訊網p:? L% S L @9w*O 數控機床中的滾珠絲杠是在預加載荷大、轉速高、散熱差的條件下工作的，容易發(fā)熱，滾珠絲杠的熱伸長直接影響進給系統(tǒng)的定位精度。采用預拉伸的方法可以減小絲杠的熱變形。這種方法是在加工滾珠絲杠時，使螺距略小于名義值，裝配時對絲杠進行預拉伸，即使其螺距值達到名義值，當絲杠工作受熱，絲杠中的拉應力補償了熱應力，從而 減小熱 伸長。中國機械資訊網w5E:f `0c中國機械資訊網r E L gQ Y1@ (3) 在機床布局時，盡量減少內部熱源中國機械資訊網]。I \ X K `中國機械資訊網 g \ j!v7p1R+s H 內部熱源的發(fā)熱是造成熱變形的主要原因，因此，在機床布局設計中應盡量考慮將熱源從主機中分離出去，如將電動機、變速箱、液壓泵站等置于機床主機以外。:\+\ n [.k ` f m I J0 :z。a H3I S } tH0加工過程所產生的熾熱切屑是一個不可忽視的熱源。在機床布局時，應考慮使排屑通暢，應設置自動排屑裝置以隨時將切屑排到機床外，同時應在工作臺或導軌上設置隔熱防護罩，使 數控技術]