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。
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
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。
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
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。
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