浅谈高速机床的振动

关键词： 预负荷 空心圆柱滚子轴承 中图分类号： TH133. 33
刚度
电主轴
Stiffness Analysis of Pre － loaded Hollow Cylindrical Roller Bearings
LIU Yankui，GUAN Tianmin，WEI Yangang （ College of Mechanical Engineering，Dalian Jiaotong University，Dalian 116028 ， CHN） Abstract： According to the elastic deformation relationship of the pre － loaded hollow cylindrical roller bearings， the equilibrium equation of the inner of the bearing is built，and then Castigliano ’ s theorem is used to determine the calculation formula between load and elastic deformation of rollers. Based on the former results，the stiffness formula of the pre － loaded hollow cylindrical roller bearings is deduced，then the stiffness formula is used to analysis the stiffness of a type of pre － loaded hollow cylindrical roller bearings. The results show that the stiffness of pre － loaded hollow cylindrical roller bearings has nothing to do with the external load，it becomes smaller when the hollow ratio grows，and it becomes bigger when the roller number grows. Keywords： Pre － loaded； Hollow Cylindrical Roller Bearings； Stiffness； Electric Spindle 随着先进制造技术的不断发展， 对电主轴的性能 要求越来越高， 而轴承作为高速电主轴的支撑构件 ， 对 其刚度和转速性能的要求也越来越高 。目前应用广泛 的普通实心圆柱滚子轴承， 由于其在预负荷安装滚子 时工艺难度高、 高速时滚子的离心力过大和滚子数目 有限， 从而很难再继续提高其刚度、 极限转速和承载能 力。而预负荷空心圆柱滚子轴承作为一种新型轴承 ， 由于其预负荷安装工艺简单， 且无保持架、 可满装滚子 和空心滚子始终有预载荷， 因而具有高回转精度、 高刚 度、 高极限转速及高承载能力等优点 ， 特别适合于高速 机床主轴， 而空心滚子轴承的关键技术为美国等发达 国家的轴承企业所垄断， 对预负荷空心滚子轴承刚度 的研究目前在国内尚未见诸报端 。因而有必要对预负 荷轴承的刚度特性进行研究 ， 为预负荷空心圆柱滚子
（ 3 ） 为了保证高速机床的高刚度、 （ 6 ） 选用进给电动机时， 高响应， 建议采 要注意与机床的刚性相 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。
主题： 高速高效加工 Topics： High Speed and High Efficiency Machining
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 ）
Discussion on Vibration of High － speHale Waihona Puke Baidud Machine Tool
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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。
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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 ） 。
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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。
* 辽宁省教育厅计划项目（ 2008S039 ） · 46 ·
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。 （ 编辑 余 捷）
（ 收稿日期： 2009 － 08 － 14 ） 文章编号： 10212 如果您想发表对本文的看法， 请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。
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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。 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。
ZHAO Zhongtai，CHEN Bo （ Sichuan Changzheng Machine Tool Group，Zigong 643000 ， CHN） 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 不振动时处于正常状态。 振动时变化较大， 由现象可以看出， 振动与进给系统有关。 进给系 联轴器、 丝杠副、 轴承、 润滑、 导轨副、 电动 统由电动机、 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： 改用刚性联轴器， 无此现象， 但振动现象还在。
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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。
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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。
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联轴器
若使用弹性联轴器时， 系统报警， 机床不能运行。
主题： 高速高效加工 Topics： High Speed and High Efficiency Machining
预负荷空心圆柱滚子轴承刚度分析
刘彦奎 关天民 魏延刚
（ 大连交通大学机械工程学院， 辽宁 大连 116028 ） 摘
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要： 根据预负荷空心圆柱滚子轴承变形协调条件 ， 建立了轴承内圈的平衡方程， 运用卡氏定理确定了滚 子的负荷和变形间的关系式， 据此导出了预负荷空心圆柱滚子轴承的刚度计算公式 ， 依据此公式对 某型号轴承刚度进行分析研究， 结果表明： 预负荷空心圆柱滚子轴承的刚度与外载荷无关 ， 且随着空 随着滚子个数的增加而增大。 心度的增大而减小，