電火花數控線切割之機械結構優良特性簡析（二） 二、提高線切割機床結構的抗振性 機床的振動會在被加工工件表面留下振紋，影響工件的表面質量，嚴重時則使加工過程難以進行下去。機床加工時可能產生兩種形式的振動：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力 （ 如高速回轉零件的不平衡力、往復運動件的換向沖擊力、周期變化的切削力等 ） 作用下被迫產生的振動。如果動態力的頻率與機床某部件的固有頻率重合，則將發生共振。機床結構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力的情況下，由切削過程自身所激發的振動。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定性 （ 抵抗自激振動的能力 ） 的指標。 高速切削是產生動態力的直接因素，強力切削也意味著切削寬度大。數控機床在追求高速度、高切削效率的同時，也埋下了容易產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，數控機床只有靠自身機床結構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 為結構質量 ） ，所以在提高靜剛度時，能相對減小結構件的重量，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，采用鋼板焊接結構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、液壓系統等。這些產生熱量的部件和部位稱為熱源。熱源產生的熱量通過傳導、對流、輻射傳遞給機床的各個部件，引起溫升，產生熱膨脹。由于熱源分布不均勻，各熱源產生的熱量不等，零部件各處質量不均勻，形成機床各部位溫升不一致，從而產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。 數控機床的主軸轉速、進 給速度 遠高于傳統機床，并且大切削用量產生的熾熱切屑也多，故發熱遠較傳統機床嚴重，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予以特別重視。 1 ．改進機床布局和結構設計 （1） 采用熱對稱結構 這種結構相對熱源是對稱的。這樣在產生熱變形時，可保證工件或刀具回轉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構，主軸箱嵌入框式立柱內 ，且以立柱左、右導軌兩內側定位，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） 采用預拉伸的滾珠絲杠結構 數控機床中的滾珠絲杠是在預加載荷大、轉速高、散熱差的條件下工作的，容易發熱，滾珠絲杠的熱伸長直接影響進給系統的定位精度。采用預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，絲杠中的拉應力補償了熱應力，從而 減小熱 伸長。 （3） 在機床布局時，盡量減少內部熱源 內部熱源的發熱是造成熱變形的主要原因，因此，在機床布局設計中應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。 加工過程所產生的熾熱切屑是一個不可忽視的熱源。在機床布局時，應考慮使排屑通暢，應設置自動排屑裝置以隨時將切屑排到機床外，同時應在工作臺或導軌上設置隔熱防護罩，使 數控技術切屑的熱量隔離在機床外。 2 ．控制溫升 對機床發熱部位采取散熱、風冷、液冷等控制溫升的辦法來吸收熱源發出的熱量，是在各類數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將冷卻液送至切削部位冷卻。 3 ．熱變形補償 預測熱變形規律，建立數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品上作為商品供貨。 四、改善運動導軌副的摩擦特性 機床導軌是機床基本結構的要素之一。機床的加工精度和使用壽命很大程度上取決于機床導軌的質量，而對數控機床的導軌則有更高的要求，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工作；耐磨性要高，精度保持性要好等。這些都與 導軌副的摩擦特性有關，要求摩擦系數小，靜、動摩擦系數之差小。現代數控機床采用的導軌主要有塑料滑動導軌、滾動導軌和靜壓導軌。 （ 一 ） 塑料滑動導軌 數控機床采用的塑料滑動導軌有鑄鐵 - 塑料滑動導軌 和鑲鋼 - 塑料滑動導軌。塑料滑動導軌常用在導軌副的運動導軌上，與之相配的金屬導軌為鑄鐵或鋼質。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 ；鑲鋼導軌常用 50 號鋼或其他合金鋼，淬硬至 HRC58~62 。導軌上的塑料常用聚四氟乙烯導軌軟帶和環氧型耐磨導軌涂層兩類。 1 ．聚四氟乙烯導軌軟帶 聚四氟乙烯導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，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 導軌軟帶的使用工藝簡單。首先，將導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，導軌粘貼面應加工成 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。由于這類導軌軟帶采用粘貼方法，故習慣上稱為“貼塑導軌”。 2 ．環氧型耐磨導軌涂層 環氧型耐磨導軌涂層是以環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軌軟帶要高，固化時體積不收縮，尺寸穩定。特別是可在調整好固定導軌和運動導軌間的相關位置精度后注入涂料，這樣可節省 許多加工工時，故它特別適用于重型機床和不能用導軌軟帶的復雜配合型面。 （ 二 ） 滾動導軌 滾動導軌具有摩擦系數小 （ 一般在 0.003 左右 ） ，動、靜摩擦系數相差小，且幾乎不受運動變化的影響，定位精度和靈敏度高，精度保持性好等優點。現代數控機床常采用的滾動導軌有滾動導軌塊和直線滾動導軌兩種。 1 ．滾動導軌塊 滾動導軌塊是一種滾動體作循環運動的滾動導軌，其結構： 1 為防護板，端蓋 2 與導向片 4 引導滾動體 （ 滾柱 3） 返回， 5 為保持器， 6 為本體。使用時，滾動導軌塊安裝在運動部件的導軌面上，每一導軌至少用兩塊，導軌塊的數目取決于導軌的長度和負載的大小，與之相配的導軌 多用鑲鋼淬火導軌。當運動部件移動時，滾柱 3 在支承部件的導軌面與本體 6 之間滾動，同時又繞本體 6 循環滾動，滾柱 3 與運動部件的導軌面不接觸：因而該導軌面不需淬硬磨光。滾動導軌塊的特點是剛度高，承載能力大，便于拆裝。 2 ．直線滾動導軌 直線滾動導軌是近年來新出現的一種滾動導軌，其結構主要由導軌體 1 、滑塊 7 、滾珠 4 、 保持器 3 、端蓋 6 等組成。由于它將支承導軌和運動導軌組合在一起，作為獨立的標準 導軌副部件 （ 單元 ） 由專門生產廠家制造，故又稱單元式直線滾動導軌。使用時，導軌 體固定在不運動部件上，滑塊固定在運動部件上。當滑塊沿導軌體運動時，滾珠在導軌體和滑塊之間的圓弧直槽內滾動，并通過端蓋內的滾道從工作負載區到非工作負載區，然后再 滾動回 工 數控機床的結構與傳動作負載區，不斷循環，從而把導軌體和滑塊之間的移動，變成了滾珠的滾動。 單元式直線滾動導軌除有一般滾動導軌的共性優點外，還有以下特點： （1） 具有自調整能力，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） 可預加負載，提高剛度。 （ 三 ） 靜壓導軌 靜壓導軌是在兩個相對運動的導軌面間通以壓力油，將運動件浮起，使導軌面間處于純液體摩擦狀態。由于承載的要求不同，靜壓導軌分為開式和閉式兩種。 注：全文只是筆者整理編輯友情發布，僅供讀者參考閱讀，如有不實請多諒解。 蘇州中航長風數控科技有限公司產品有：中走絲線切割 ，電火花線切割，電火花穿孔機，電火花成型機，取斷絲錐機，電解去毛刺設備等，咨詢，洽談。
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