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643000)

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NSK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40℃。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。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)。

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30 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。

(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。

(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。