基于機床振動原因對滑枕設計的探討

彭志

（沈陽機床股份有限公司，遼寧 沈陽 110141）

數控機床在加工切削過程中，產生振動是不可避免的。但是當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并降低刀具壽命。影響加工精度及表面品質的因素很多，其中機床移動部件移動產生的振動，是導致工件加工精度得不到保證及工件表面品質差的最主要原因。所以本文在實例設計過程中，通過從滑枕本身的結構、進給系統與運動系統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床振動來探討分析滑枕的設計過程，探討設計方法，并在實例應用中取得良好的實用效果。

1 滑枕部件自身結構的優化

從滑枕部件自身結構的優化考慮，高的機床精度與穩定性，需要有先進的、優化的機床結構來支撐及保證。目前滑枕結構主要有截面為正方形、矩形、圓形、正八角形等結構形式。本實例采用具有獨特抗振性的截面，為矩形的滑枕結構（如圖1）。

圖1 滑枕截面圖

從振動學角度來說，由于滑枕截面是矩形形狀，在滑枕兩不同方向產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，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良的矩形滑枕。

圖2 滑枕波差示意圖

2 驅動滑枕運動的進給系統

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

圖3 重心驅動圖

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

重心驅動技術將振動控制在最小程度，進而提高機床的加工精度，提升機床的加速性能，優化圓切削加工的圓度，有效延長刀具壽命。

3 運動系統—滑枕導軌的布局

導軌對于運動的滑枕，起到支撐與導向的作用。導軌的布局，直接影響滑枕部件運動過程中的振動大小。本實例采用導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，而且增大導軌跨距，大大增加了滑枕部件的抗扭能力，增加整個機床的扭矩。

圖4 導軌布局圖

4 結束語

把振動作為主要考慮因素，通過對實例滑枕部件設計過程及方法的探討，結合滑枕本身結構、進給系統、運動系統3個方面考慮，實際中優化滑枕這3個方面的結構，使這3個方面得以最大的優化，并有效地結合在一起，最大限度從設計結構入手，來降低機床振動的技術難題，做到控制減振，并在實際的實例應用中，取得很好的效果。

[1]聞邦椿.機械振動學[M].北京：冶金工業出版社，2011.

[2]S A托貝斯.機床振動學[M].北京：機械工業出版社，1977.

[3]袁冬梅，羅 輯，唐毅鋒.數控機床振動監測系統設計[J].機床與液壓，2007，35(4)：221-222.