電火花數(shù)控線切割之機械結(jié)構(gòu)優(yōu)良特性簡析（二）
二、提高線切割機床結(jié)構(gòu)的抗振性
機床的振動會在被加工工件表面留下振紋，影響工件的表面質(zhì)量，嚴重時則使加工過程難以進行下去。機床加工時可能產(chǎn)生兩種形式的振動：強迫振動和自激振動。機床的抗振性指的是抵抗這兩種振動的能力。
強迫振動是在各種動態(tài)力 （ 如高速回轉(zhuǎn)零件的不平衡力、往復(fù)運動件的換向沖擊力、周期變化的切削力等 ） 作用下被迫產(chǎn)生的振動。如果動態(tài)力的頻率與機床某部件的固有頻率重合，則將發(fā)生共振。機床結(jié)構(gòu)抵抗強迫振動的能力可以用動剛度大小來表示。
自激振動是在投有外加動態(tài)力的情況下，由切削過程自身所激發(fā)的振動。自激振動的頻率接近或略高于機床主振型的低階固有頻率，振幅較大，對加工過程產(chǎn)生極為不利的影響。當機床的剛度、刀具切削角度、工件與刀具材料、切削速度和進給量都一定時，影響自激振動的主要因素就是切削寬度 b ，因此，可以把不產(chǎn)生自激振動的zui大切削寬度，稱為臨界切削寬度 ，作為判斷機床切削穩(wěn)定性 （ 抵抗自激振動的能力 ） 的指標。
高速切削是產(chǎn)生動態(tài)力的直接因素，強力切削也意味著切削寬度大。數(shù)控機床在追求高速度、高切削效率的同時，也埋下了容易產(chǎn)生受迫振動和自激振動的根源。切削過程的自動化又使得振動難以由人工來控制和消除，數(shù)控機床只有靠自身機床結(jié)構(gòu)的高抗振性來減小和克服振動對加工精度、加工過程的影響。
提高機床的抗振性，可以從提高靜剛度、固有頻率和增加阻尼幾個方面著手。提高靜剛度的措施已在前面有詳細的介紹。因為固有頻率 （ 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，能相對減小結(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，同樣能達到提高固有頻率的目的。
三、減小機床的熱變形
熱膨脹是各種金屬和非金屬材料的固有特性。機床在工作時，有許多部件和部位會產(chǎn)生大量熱量，如電機、滾動軸承、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)生的熱量通過傳導(dǎo)、對流、輻射傳遞給機床的各個部件，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，形成機床各部位溫升不一致，從而產(chǎn)生不均勻的溫度場和不均勻的熱膨脹變形，以致破壞刀具與工件的正確相對位置，影響加工精度。
數(shù)控機床的主軸轉(zhuǎn)速、進 給速度 遠高于傳統(tǒng)機床，并且大切削用量產(chǎn)生的熾熱切屑也多，故發(fā)熱遠較傳統(tǒng)機床嚴重，而熱變形對加工精度的影響往往難以由操作者修正，因此對如何減小機床的熱變形應(yīng)予以特別重視。
1 ．改進機床布局和結(jié)構(gòu)設(shè)計
（1） 采用熱對稱結(jié)構(gòu)
這種結(jié)構(gòu)相對熱源是對稱的。這樣在產(chǎn)生熱變形時，可保證工件或刀具回轉(zhuǎn)中心對稱線的位置不變，從而減小熱變形對加工精度的影響。zui典型的實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，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，滾珠絲杠的熱伸長直接影響進給系統(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，使螺距略小于名義值，裝配時對絲杠進行預(yù)拉伸，即使其螺距值達到名義值，當絲杠工作受熱，絲杠中的拉應(yīng)力補償了熱應(yīng)力，從而 減小熱 伸長。
（3） 在機床布局時，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，在機床布局設(shè)計中應(yīng)盡量考慮將熱源從主機中分離出去，如將電動機、變速箱、液壓泵站等置于機床主機以外。
加工過程所產(chǎn)生的熾熱切屑是一個不可忽視的熱源。在機床布局時，應(yīng)考慮使排屑通暢，應(yīng)設(shè)置自動排屑裝置以隨時將切屑排到機床外，同時應(yīng)在工作臺或?qū)к壣显O(shè)置隔熱防護罩，使 數(shù)控技術(shù)切屑的熱量隔離在機床外。
2 ．控制溫升
對機床發(fā)熱部位采取散熱、風冷、液冷等控制溫升的辦法來吸收熱源發(fā)出的熱量，是在各類數(shù)控機床上使用較多的一種減少熱變形影響的對策。其中，強制冷卻是比較有效的方法。所謂強制冷卻，就是利用冷卻裝置對潤滑油或冷卻液進行冷卻，然后將潤滑油送至摩擦副潤滑或?qū)⒗鋮s液送至切削部位冷卻。
3 ．熱變形補償
預(yù)測熱變形規(guī)律，建立數(shù)學模型并存人計算機中進行實時補償。熱變形附加修正裝置已在國外產(chǎn)品上作為商品供貨。
四、改善運動導(dǎo)軌副的摩擦特性
機床導(dǎo)軌是機床基本結(jié)構(gòu)的要素之一。機床的加工精度和使用壽命很大程度上取決于機床導(dǎo)軌的質(zhì)量，而對數(shù)控機床的導(dǎo)軌則有更高的要求，如：高速進給時不振動， 低速進 給時不爬行；有高的靈敏度，能在重載下長期連續(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、動摩擦系數(shù)之差小。現(xiàn)代數(shù)控機床采用的導(dǎo)軌主要有塑料滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌。
（ 一 ） 塑料滑動導(dǎo)軌
數(shù)控機床采用的塑料滑動導(dǎo)軌有鑄鐵 - 塑料滑動導(dǎo)軌 和鑲鋼 - 塑料滑動導(dǎo)軌。塑料滑動導(dǎo)軌常用在導(dǎo)軌副的運動導(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：
（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 小時后再合攏到配對的固定導(dǎo)軌或夾具上，施以一定壓力，并在室溫下固化 24 小時，取下清除余膠，即可開油槽和進行精加工。由于這類導(dǎo)軌軟帶采用粘貼方法，故習慣上稱為“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，而且抗壓強度比聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶要高，固化時體積不收縮，尺寸穩(wěn)定。特別是可在調(diào)整好固定導(dǎo)軌和運動導(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，故它特別適用于重型機床和不能用導(dǎo)軌軟帶的復(fù)雜配合型面。
（ 二 ） 滾動導(dǎo)軌
滾動導(dǎo)軌具有摩擦系數(shù)小 （ 一般在 0.003 左右 ） ，動、靜摩擦系數(shù)相差小，且?guī)缀醪皇苓\動變化的影響，定位精度和靈敏度高，精度保持性好等優(yōu)點?，F(xiàn)代數(shù)控機床常采用的滾動導(dǎo)軌有滾動導(dǎo)軌塊和直線滾動導(dǎo)軌兩種。
1 ．滾動導(dǎo)軌塊
滾動導(dǎo)軌塊是一種滾動體作循環(huán)運動的滾動導(dǎo)軌，其結(jié)構(gòu)： 1 為防護板，端蓋 2 與導(dǎo)向片 4 引導(dǎo)滾動體 （ 滾柱 3） 返回， 5 為保持器， 6 為本體。使用時，滾動導(dǎo)軌塊安裝在運動部件的導(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)軌的長度和負載的大小，與之相配的導(dǎo)軌 多用鑲鋼淬火導(dǎo)軌。當運動部件移動時，滾柱 3 在支承部件的導(dǎo)軌面與本體 6 之間滾動，同時又繞本體 6 循環(huán)滾動，滾柱 3 與運動部件的導(dǎo)軌面不接觸：因而該導(dǎo)軌面不需淬硬磨光。滾動導(dǎo)軌塊的特點是剛度高，承載能力大，便于拆裝。
2 ．直線滾動導(dǎo)軌
直線滾動導(dǎo)軌是近年來新出現(xiàn)的一種滾動導(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)軌和運動導(dǎo)軌組合在一起，作為獨立的標準 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導(dǎo)軌。使用時，導(dǎo)軌 體固定在不運動部件上，滑塊固定在運動部件上。當滑塊沿導(dǎo)軌體運動時，滾珠在導(dǎo)軌體和滑塊之間的圓弧直槽內(nèi)滾動，并通過端蓋內(nèi)的滾道從工作負載區(qū)到非工作負載區(qū)，然后再 滾動回 工 數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)與傳動作負載區(qū)，不斷循環(huán)，從而把導(dǎo)軌體和滑塊之間的移動，變成了滾珠的滾動。
單元式直線滾動導(dǎo)軌除有一般滾動導(dǎo)軌的共性優(yōu)點外，還有以下特點：
（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） 可高速運行，運行速度可大于 60m /min 。
（4） 能長時間保持高精度。
（5） 可預(yù)加負載，提高剛度。
（ 三 ） 靜壓導(dǎo)軌
靜壓導(dǎo)軌是在兩個相對運動的導(dǎo)軌面間通以壓力油，將運動件浮起，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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