電火花數(shù)控線切割之機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)良特性簡(jiǎn)析（二）
二、提高線切割機(jī)床結(jié)構(gòu)的抗振性
機(jī)床的振動(dòng)會(huì)在被加工工件表面留下振紋，影響工件的表面質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)則使加工過(guò)程難以進(jìn)行下去。機(jī)床加工時(shí)可能產(chǎn)生兩種形式的振動(dòng)：強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)。機(jī)床的抗振性指的是抵抗這兩種振動(dòng)的能力。
強(qiáng)迫振動(dòng)是在各種動(dòng)態(tài)力 （ 如高速回轉(zhuǎn)零件的不平衡力、往復(fù)運(yùn)動(dòng)件的換向沖擊力、周期變化的切削力等 ） 作用下被迫產(chǎn)生的振動(dòng)。如果動(dòng)態(tài)力的頻率與機(jī)床某部件的固有頻率重合，則將發(fā)生共振。機(jī)床結(jié)構(gòu)抵抗強(qiáng)迫振動(dòng)的能力可以用動(dòng)剛度大小來(lái)表示。
自激振動(dòng)是在投有外加動(dòng)態(tài)力的情況下，由切削過(guò)程自身所激發(fā)的振動(dòng)。自激振動(dòng)的頻率接近或略高于機(jī)床主振型的低階固有頻率，振幅較大，對(duì)加工過(guò)程產(chǎn)生極為不利的影響。當(dāng)機(jī)床的剛度、刀具切削角度、工件與刀具材料、切削速度和進(jìn)給量都一定時(shí)，影響自激振動(dòng)的主要因素就是切削寬度 b ，因此，可以把不產(chǎn)生自激振動(dòng)的zui大切削寬度，稱為臨界切削寬度 ，作為判斷機(jī)床切削穩(wěn)定性 （ 抵抗自激振動(dòng)的能力 ） 的指標(biāo)。
高速切削是產(chǎn)生動(dòng)態(tài)力的直接因素，強(qiáng)力切削也意味著切削寬度大。數(shù)控機(jī)床在追求高速度、高切削效率的同時(shí)，也埋下了容易產(chǎn)生受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)的根源。切削過(guò)程的自動(dòng)化又使得振動(dòng)難以由人工來(lái)控制和消除，數(shù)控機(jī)床只有靠自身機(jī)床結(jié)構(gòu)的高抗振性來(lái)減小和克服振動(dòng)對(duì)加工精度、加工過(guò)程的影響。
提高機(jī)床的抗振性，可以從提高靜剛度、固有頻率和增加阻尼幾個(gè)方面著手。提高靜剛度的措施已在前面有詳細(xì)的介紹。因?yàn)楣逃蓄l率 （ 其中， k 為靜剛度， m 為結(jié)構(gòu)質(zhì)量 ） ，所以在提高靜剛度時(shí)，能相對(duì)減小結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)等提高靜剛度的措施，同樣能達(dá)到提高固有頻率的目的。
三、減小機(jī)床的熱變形
熱膨脹是各種金屬和非金屬材料的固有特性。機(jī)床在工作時(shí)，有許多部件和部位會(huì)產(chǎn)生大量熱量，如電機(jī)、滾動(dòng)軸承、切屑及刀具與工件的切削部位、液壓系統(tǒng)等。這些產(chǎn)生熱量的部件和部位稱為熱源。熱源產(chǎn)生的熱量通過(guò)傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射傳遞給機(jī)床的各個(gè)部件，引起溫升，產(chǎn)生熱膨脹。由于熱源分布不均勻，各熱源產(chǎn)生的熱量不等，零部件各處質(zhì)量不均勻，形成機(jī)床各部位溫升不一致，從而產(chǎn)生不均勻的溫度場(chǎng)和不均勻的熱膨脹變形，以致破壞刀具與工件的正確相對(duì)位置，影響加工精度。
數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn) 給速度 遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)機(jī)床，并且大切削用量產(chǎn)生的熾熱切屑也多，故發(fā)熱遠(yuǎn)較傳統(tǒng)機(jī)床嚴(yán)重，而熱變形對(duì)加工精度的影響往往難以由操作者修正，因此對(duì)如何減小機(jī)床的熱變形應(yīng)予以特別重視。
1 ．改進(jìn)機(jī)床布局和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1） 采用熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)
這種結(jié)構(gòu)相對(duì)熱源是對(duì)稱的。這樣在產(chǎn)生熱變形時(shí)，可保證工件或刀具回轉(zhuǎn)中心對(duì)稱線的位置不變，從而減小熱變形對(duì)加工精度的影響。zui典型的實(shí)例是許多臥式加工中心所采用的框式雙立柱結(jié)構(gòu)，主軸箱嵌入框式立柱內(nèi) ，且以立柱左、右導(dǎo)軌兩內(nèi)側(cè)定位，在熱變形時(shí)，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。
（2） 采用預(yù)拉伸的滾珠絲杠結(jié)構(gòu)
數(shù)控機(jī)床中的滾珠絲杠是在預(yù)加載荷大、轉(zhuǎn)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(zhǎng)直接影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度。采用預(yù)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(shí)，使螺距略小于名義值，裝配時(shí)對(duì)絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸，即使其螺距值達(dá)到名義值，當(dāng)絲杠工作受熱，絲杠中的拉應(yīng)力補(bǔ)償了熱應(yīng)力，從而 減小熱 伸長(zhǎng)。
（3） 在機(jī)床布局時(shí)，盡量減少內(nèi)部熱源
內(nèi)部熱源的發(fā)熱是造成熱變形的主要原因，因此，在機(jī)床布局設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量考慮將熱源從主機(jī)中分離出去，如將電動(dòng)機(jī)、變速箱、液壓泵站等置于機(jī)床主機(jī)以外。
加工過(guò)程所產(chǎn)生的熾熱切屑是一個(gè)不可忽視的熱源。在機(jī)床布局時(shí)，應(yīng)考慮使排屑通暢，應(yīng)設(shè)置自動(dòng)排屑裝置以隨時(shí)將切屑排到機(jī)床外，同時(shí)應(yīng)在工作臺(tái)或?qū)к壣显O(shè)置隔熱防護(hù)罩，使 數(shù)控技術(shù)切屑的熱量隔離在機(jī)床外。
2 ．控制溫升
對(duì)機(jī)床發(fā)熱部位采取散熱、風(fēng)冷、液冷等控制溫升的辦法來(lái)吸收熱源發(fā)出的熱量，是在各類數(shù)控機(jī)床上使用較多的一種減少熱變形影響的對(duì)策。其中，強(qiáng)制冷卻是比較有效的方法。所謂強(qiáng)制冷卻，就是利用冷卻裝置對(duì)潤(rùn)滑油或冷卻液進(jìn)行冷卻，然后將潤(rùn)滑油送至摩擦副潤(rùn)滑或?qū)⒗鋮s液送至切削部位冷卻。
3 ．熱變形補(bǔ)償
預(yù)測(cè)熱變形規(guī)律，建立數(shù)學(xué)模型并存人計(jì)算機(jī)中進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償。熱變形附加修正裝置已在國(guó)外產(chǎn)品上作為商品供貨。
四、改善運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌副的摩擦特性
機(jī)床導(dǎo)軌是機(jī)床基本結(jié)構(gòu)的要素之一。機(jī)床的加工精度和使用壽命很大程度上取決于機(jī)床導(dǎo)軌的質(zhì)量，而對(duì)數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌則有更高的要求，如：高速進(jìn)給時(shí)不振動(dòng)， 低速進(jìn) 給時(shí)不爬行；有高的靈敏度，能在重載下長(zhǎng)期連續(xù)工作；耐磨性要高，精度保持性要好等。這些都與 導(dǎo)軌副的摩擦特性有關(guān)，要求摩擦系數(shù)小，靜、動(dòng)摩擦系數(shù)之差小。現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床采用的導(dǎo)軌主要有塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌。
（ 一 ） 塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌
數(shù)控機(jī)床采用的塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌有鑄鐵 - 塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌 和鑲鋼 - 塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌。塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌常用在導(dǎo)軌副的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌上，與之相配的金屬導(dǎo)軌為鑄鐵或鋼質(zhì)。鑄鐵牌號(hào)為 ht300 ，表面淬硬至 hrc45~50 ，表面粗糙度磨削至 0.20~0.10 ；鑲鋼導(dǎo)軌常用 50 號(hào)鋼或其他合金鋼，淬硬至 hrc58~62 。導(dǎo)軌上的塑料常用聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶和環(huán)氧型耐磨導(dǎo)軌涂層兩類。
1 ．聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶
聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶是以聚四氟乙烯為基體，加入青銅粉、二硫化鉬和石墨等填充劑混合燒結(jié)，并做成軟帶狀。這種軟帶有以下特點(diǎn)：
（1） 摩擦特性好
（2） 耐磨性好
（3） 減振性好
（4） 工藝性好
導(dǎo)軌軟帶的使用工藝簡(jiǎn)單。首先，將導(dǎo)軌粘貼面加工至表面粗糙度為 3.2~1.6 的表面，為了對(duì)軟帶起定位作用，導(dǎo)軌粘貼面應(yīng)加工成 0.5~ 1.0mm 深的凹槽。然后，用汽油或金屬清潔劑或丙酮清洗粘接面后，用膠粘劑粘合，加壓初固化 1~2 小時(shí)后再合攏到配對(duì)的固定導(dǎo)軌或夾具上，施以一定壓力，并在室溫下固化 24 小時(shí)，取下清除余膠，即可開油槽和進(jìn)行精加工。由于這類導(dǎo)軌軟帶采用粘貼方法，故習(xí)慣上稱為“貼塑導(dǎo)軌”。
2 ．環(huán)氧型耐磨導(dǎo)軌涂層
環(huán)氧型耐磨導(dǎo)軌涂層是以環(huán)氧樹脂和二硫化鉬為基體，加入增塑劑，混合成液狀或膏狀為一組份，以固化劑為另一組份的雙組份塑料涂層。它有良好的可加工性，可經(jīng)車、銑、刨、鉆、磨削和刮削加工；也有良好的摩擦特性和耐磨性，而且抗壓強(qiáng)度比聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶要高，固化時(shí)體積不收縮，尺寸穩(wěn)定。特別是可在調(diào)整好固定導(dǎo)軌和運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌間的相關(guān)位置精度后注入涂料，這樣可節(jié)省 許多加工工時(shí)，故它特別適用于重型機(jī)床和不能用導(dǎo)軌軟帶的復(fù)雜配合型面。
（ 二 ） 滾動(dòng)導(dǎo)軌
滾動(dòng)導(dǎo)軌具有摩擦系數(shù)小 （ 一般在 0.003 左右 ） ，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相差小，且?guī)缀醪皇苓\(yùn)動(dòng)變化的影響，定位精度和靈敏度高，精度保持性好等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床常采用的滾動(dòng)導(dǎo)軌有滾動(dòng)導(dǎo)軌塊和直線滾動(dòng)導(dǎo)軌兩種。
1 ．滾動(dòng)導(dǎo)軌塊
滾動(dòng)導(dǎo)軌塊是一種滾動(dòng)體作循環(huán)運(yùn)動(dòng)的滾動(dòng)導(dǎo)軌，其結(jié)構(gòu)： 1 為防護(hù)板，端蓋 2 與導(dǎo)向片 4 引導(dǎo)滾動(dòng)體 （ 滾柱 3） 返回， 5 為保持器， 6 為本體。使用時(shí)，滾動(dòng)導(dǎo)軌塊安裝在運(yùn)動(dòng)部件的導(dǎo)軌面上，每一導(dǎo)軌至少用兩塊，導(dǎo)軌塊的數(shù)目取決于導(dǎo)軌的長(zhǎng)度和負(fù)載的大小，與之相配的導(dǎo)軌 多用鑲鋼淬火導(dǎo)軌。當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)時(shí)，滾柱 3 在支承部件的導(dǎo)軌面與本體 6 之間滾動(dòng)，同時(shí)又繞本體 6 循環(huán)滾動(dòng)，滾柱 3 與運(yùn)動(dòng)部件的導(dǎo)軌面不接觸：因而該導(dǎo)軌面不需淬硬磨光。滾動(dòng)導(dǎo)軌塊的特點(diǎn)是剛度高，承載能力大，便于拆裝。
2 ．直線滾動(dòng)導(dǎo)軌
直線滾動(dòng)導(dǎo)軌是近年來(lái)新出現(xiàn)的一種滾動(dòng)導(dǎo)軌，其結(jié)構(gòu)主要由導(dǎo)軌體 1 、滑塊 7 、滾珠 4 、 保持器 3 、端蓋 6 等組成。由于它將支承導(dǎo)軌和運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌組合在一起，作為獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn) 導(dǎo)軌副部件 （ 單元 ） 由專門生產(chǎn)廠家制造，故又稱單元式直線滾動(dòng)導(dǎo)軌。使用時(shí)，導(dǎo)軌 體固定在不運(yùn)動(dòng)部件上，滑塊固定在運(yùn)動(dòng)部件上。當(dāng)滑塊沿導(dǎo)軌體運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾珠在導(dǎo)軌體和滑塊之間的圓弧直槽內(nèi)滾動(dòng)，并通過(guò)端蓋內(nèi)的滾道從工作負(fù)載區(qū)到非工作負(fù)載區(qū)，然后再 滾動(dòng)回 工 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)作負(fù)載區(qū)，不斷循環(huán)，從而把導(dǎo)軌體和滑塊之間的移動(dòng)，變成了滾珠的滾動(dòng)。
單元式直線滾動(dòng)導(dǎo)軌除有一般滾動(dòng)導(dǎo)軌的共性優(yōu)點(diǎn)外，還有以下特點(diǎn)：
（1） 具有自調(diào)整能力，安裝基面許用誤差大。
（2） 制造精度高。
（3） 可高速運(yùn)行，運(yùn)行速度可大于 60m /min 。
（4） 能長(zhǎng)時(shí)間保持高精度。
（5） 可預(yù)加負(fù)載，提高剛度。
（ 三 ） 靜壓導(dǎo)軌
靜壓導(dǎo)軌是在兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌面間通以壓力油，將運(yùn)動(dòng)件浮起，使導(dǎo)軌面間處于純液體摩擦狀態(tài)。由于承載的要求不同，靜壓導(dǎo)軌分為開式和閉式兩種。
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