浅谈高速机床的振动.pdf

浅谈高速机床的振动 赵 中太 陈 波 四川长征机床有限公司， 四川 自贡 6 4 3 0 0 0 Di s c u s s i o n O ff Vi b r a t i o n o f Hi g h - s p e e d Ma c h i n e To o l ZHAO Zh o n g t a i ，CHEN Bo S i c h u a n C h a n g z h e n g Ma c h i n e T o o l G r o u p ， Z i g o n g 6 4 3 0 0 0 ， C HN 高速机床在运行过程中， 由于对速度增益和加速 度增益要求较高 ， 往往会出现振动现象。具体表现为 机床在冷机上电时无振动现象 ； 当运行一段 时间 运 行速度和时间为任意 机床停止时， 出现振动现象， 这 一 现象将持续一段较短时间， 然后机床恢复到正常状 态 。在振动时， 如果下 电， 振动将消失。电动机负载在 振动时变化较大， 不振动时处于正常状态。 由现象可以看出 ， 振动与进给系统有关。进给系 统由电动机、 联轴器、 丝杠副、 轴承、 润滑、 导轨副、 电动 机座、 轴承座、 电动机参数组成。分别对几个因素进行 了实验， 实验数据和现象如下 1 电动机参数 当减小进给电动机的速度增益和加速度增益时 ， 振动现象消失； 当增加普通加工中心进给电动机的速 度增益和加速度增益时 ， 振动现象明显 ， 有时根本开不 动机床。 2 电动机座单件质量 采用轴承孔与电动机止 口同轴度好 的座子 ， 这项 精度直接关系到电动机轴和丝杠轴的同轴度 ， 振动现 象要好。 3 轴承 、 水平和垂直方 向的丝杠两头 ， 开始采用 N S K万 能 配对丝杠轴承 三个一组 。后来在水平轴 的轴承座 端改为两个独立的深沟球轴承 ， 振动现象没发生变化。 4 温升与振动 对丝杠的振动和温升进行检测 ， 经过 1 h的运行 ， 丝杠的最高温度为4 0 c 【 。振动为高频、 小幅， 不受运 行速度和时间影响。 5 联轴器 若使用弹性联轴器时， 系统报警， 机床不能运行。 u I u ‘ 改用刚性联轴器， 无此现象， 但振动现象还在。 6 电动机 采用不同转矩和功率的 电动机 ， 当采用参数大并 带有制动功能的电动机时 ， 振动现象消失。 7 丝杠支撑 先后采用了两种丝杠支撑结构进行 了实验。国外 高速机床结构 图 1 和传统机床结构 图2 。 图 1 图2 两种结构都有振动现象 国外高速机床结构在连 续高速运行时， 丝杠能自由伸缩， 不会损坏轴承， 机床 不报警； 传统结构机床在连续高速运行时， 轴承被烧 坏 ， 机床出现光栅尺报警。 通过以上实验不难看 出， 在设计高速机床时应注 意如下几点 1 电动机座和轴承座在有可能 的情况下 ， 最好 与基础件为一体， 便于保证丝杠和电动机的同轴。 2 丝杠的温度数值显示， 丝杠两端的温度高于 中间， 说明高速机床丝杠发热的主要来源是支撑轴承。 建议增加轴承冷却 ， 如果进给速度大于 3 0 m／ s ， 最好 增加丝杠中空冷却。机床精度要求越高时， 建议增加 基础大件的循环冷却， 增加进给系统温度补偿， 尽量排 除温度对机床精度的影响。 预负荷空心圆柱滚子轴承刚度分析 刘彦奎 关天民 魏延刚 大连交通大学机械工程学院， 辽宁 大连 1 1 6 0 2 8 摘要 根据预负荷空心圆柱滚子轴承变形协调条件， 建立了轴承内圈的平衡方程， 运用卡氏定理确定 了滚 子的负荷和变形间的关系式， 据此导出了预负荷空心圆柱滚子轴承的刚度计算公式， 依据此公式对 某型号轴承刚度进行分析研究 ， 结果表明 预负荷空心圆柱滚子轴承的刚度与外载荷无关， 且随着空 心度的增大而减小， 随着滚子个数的增加而增大。 关键词 预负荷 空心圆柱滚子轴承刚度 电主轴 中图分类号 T H1 3 3 ． 3 3 S t i ff n e s s An a l y s i s o f Pr e -l o a d e d H o l l o w Cy l i n d r i c a l R o l l e r B e a r i n g s L I U Ya n k u i ，GUAN Ti a n mi n，W EI Ya n g a n g C o l l e g e o f M e c h a n i c a l E n g i n e e ri n g ，D a l i a n j i a o t o n g U n i v e r s i t y ， D a l i a n 1 1 6 0 2 8 ， C H N Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o t h e e l a s t i c d e f o r ma t i o n r e l a t i o n s h i p o f t h e p r e l o a d e d h o l l o w c y l i n d r i c a l r o l l e r b e a ri n g s ，t h e e q u i l i b r i u m e q u a t i o n o f t h e i n n e r o f t h e be a rin g i s b ui l t ，a n d t h e n Ca s t i g l i a n o’ S t he o r e m i s u s e d t o d e - t e r mi n e t h e c a l c u l a t i o n f o r mu l a b e t we e n l o a d a n d e l a s t i c d e f o r ma t i o n o f r o l l e r s ．Ba s e d o n t h e f o rm e r r e ． s u i t s，t he s t i f f n e s s f o r mu l a o f t h e p r e- l o a d e d h o l l o w c y l i n d ric a l r o l l e r be a r i n g s i s d e d u c e d，t h e n t h e s t i ff- n e s s f o rm u l a i s u s e d t o a n a l y s i s t h e s t i f f n e s s o f a t y p e o f p r e - l o a d e d h o l l o w c y l i n d r i c a l r o l l e r b e a rin g s ． T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e s t i f f n e s s o f p r e - l o a d e d h o l l o w c y l i n d r i c al r o l l e r b e a r i n g s h a s n o t h i n g t o d o wi t h t h e e x t e r n a l l o a d，i t b e c o me s s ma l l e r wh e n t h e h o l l o w r a t i o g r o w s ，a n d i t b e c o me s b i g g e r wh e n t h e r o l l e r n u mb e r g r o ws ． Ke y wor ds Pr e -l o a d e d；Ho l l o w Cy l i n d ric a l Ro l l e r Be a rin g s ；S t i f f n e s s；El e c t ric S pi n d l e 随着先进制造技术 的不断发展 ， 对 电主轴 的性能 要求越来越高， 而轴承作为高速 电主轴的支撑构件 ， 对 其刚度和转速性能的要求也越来越高。目前应用广泛 的普通实心圆柱滚子轴 承， 由于其在预负荷安装滚子 时工艺难度高、 高速时滚子的离心力过大和滚子数 目 有限， 从而很难再继续提高其刚度、 极限转速和承载能 力。而预负荷空心圆柱滚子轴承作为一种新型轴承 ， 由于其预负荷安装工艺简单， 且无保持架 、 可满装滚子 和空心滚子始终有预载荷 ， 因而具有高回转精度 、 高刚 度、 高极限转速及高承载能力等优点， 特别适合于高速 机床主轴 ， 而空心滚子轴 承的关键技术为美 国等发达 国家的轴承企业所垄断， 对预负荷空心滚子轴承刚度 的研究 目前在 国内尚未见诸报端 。因而有必要对预负 荷轴承的刚度特性进行研究 ， 为预负荷空心圆柱滚子 3 为了保证高速机床的高刚度 、 高响应 ， 建议采 用刚性联轴器 。 4 建议高速机床的丝杠支撑方式采用一端轴向 固定， 另一端轴向浮动。有效消除高速切削时的热膨 胀 。 5 对丝杠的装配建议增加中间辅助支撑， 使丝 杠每点等高。 ％ 辽宁省教育厅计划项 目 2 0 0 8 S 0 3 9 4 6 6 选用进给电动机时 ， 要注意与机床的刚性相 匹配， 以及自 身刚性特性。 7 电动机参数的设置 ， 要注意不 同系统 ， 数值不 同。 编辑余捷 收 稿13 期 2 0 0 9 0 8 1 4 1 0 2 1 2 如果您想发表 对本文 的看法。 请将文章编号填入 读者意 见调查表中的相 应位置。 等 ‘u lu l平