減少數(shù)控機(jī)床熱變形問題的措施

軸承減少機(jī)床的熱變形

在內(nèi)外熱源的影響下，機(jī)床各部件將發(fā)生不同程度的熱變形，使工件與刀具之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系遭到破環(huán)，也是機(jī)床季度下降。對(duì)于數(shù)控機(jī)床來說，因?yàn)槿考庸み^程是計(jì)算的指令控制的，熱變形的影響就更為嚴(yán)重。為了減少熱變形，在數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)中通常采用以下措施。

1.減少發(fā)熱

機(jī)床內(nèi)部發(fā)熱時(shí)產(chǎn)生熱變形的主要熱源，應(yīng)當(dāng)盡可能地將熱源從主機(jī)中分離出去。

2.控制溫升

在采取了一系列減少熱源的措施后，熱變形的情況將有所改善。但要完全消除機(jī)床的內(nèi)外熱源通常是十分困難的，甚至是不可能的。所以必須通過良好的散熱和冷卻來控制溫升，以減少熱源的影響。其中部較有效的方法是在機(jī)床的發(fā)熱部位強(qiáng)制冷卻，也可以在機(jī)床低溫部分通過加熱的方法，使機(jī)床各點(diǎn)的溫度趨于一致，這樣可以減少由于溫差造成的翹曲變形。

3.改善機(jī)床機(jī)構(gòu)

在同樣發(fā)熱條件下，機(jī)床機(jī)構(gòu)對(duì)熱變形也有很大影響。如數(shù)控機(jī)床過去采用的單立柱機(jī)構(gòu)有可能被雙柱機(jī)構(gòu)所代替。由于左右對(duì)稱，雙立柱機(jī)構(gòu)受熱后的主軸線除產(chǎn)生垂直方向的平移外，其它方向的變形很小，而垂直方向的軸線移動(dòng)可以方便地用一個(gè)坐標(biāo)的修正量進(jìn)行補(bǔ)償。

對(duì)于數(shù)控車床的主軸箱，應(yīng)盡量使主軸的熱變形發(fā)生在刀具切入的垂直方向上。這就可以使主軸熱變形對(duì)加工直徑的影響降低到最小限度。在結(jié)構(gòu)上還應(yīng)盡可能減小主軸中心與主軸向地面的距離，以減少熱變形的總量，同時(shí)應(yīng)使主軸箱的前后溫升一致，避免主軸變形后出現(xiàn)傾斜。

數(shù)控機(jī)床中的滾珠絲杠常在預(yù)計(jì)載荷大、轉(zhuǎn)速高以及散熱差的條件下工作，因此絲杠容易發(fā)熱。滾珠絲杠熱生產(chǎn)造成的后果是嚴(yán)重的，尤其是在開環(huán)系統(tǒng)中，它會(huì)使進(jìn)給系統(tǒng)喪失定位精度。目前某些機(jī)床用預(yù)拉的方法減少絲杠的熱變形。對(duì)于采取了上述措施仍不能消除的熱變形，可以根據(jù)測(cè)量結(jié)果由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出補(bǔ)償脈沖加以修正。

(運(yùn)轉(zhuǎn)世界大國龍騰 龍出東方 騰達(dá)天下 龍騰三類調(diào)心滾子軸承 劉興邦CA CC E MB MA)

軸承結(jié)構(gòu)對(duì)振動(dòng)與噪聲的影響

1.滾道聲

滾道聲是由于軸承旋轉(zhuǎn)時(shí)滾動(dòng)體在滾道中滾動(dòng)而激發(fā)出一種平穩(wěn)且連續(xù)性的噪聲，只有當(dāng)其聲壓級(jí)或聲調(diào)極大時(shí)才引起人們注意。其實(shí)滾道聲所激發(fā)的聲能是有限的，如在正常情況下，優(yōu)質(zhì)的6203軸承滾道聲為25～27dB。這種噪聲以承受徑向載荷的單列深溝球軸承為最典型，它有以下特點(diǎn)：

a.噪聲、振動(dòng)具有隨機(jī)性;

b.振動(dòng)頻率在1kHz以上;

c.不論轉(zhuǎn)速如何變化，噪聲主頻率幾乎不變而聲壓級(jí)則隨轉(zhuǎn)速增加而提高;

d.當(dāng)徑向游隙增大時(shí)，聲壓級(jí)急劇增加;

e.軸承座剛性增大，總聲壓級(jí)越低，即使轉(zhuǎn)速升高，其總聲壓級(jí)也增加不大;

f.潤滑劑粘度越高，聲壓級(jí)越低，但對(duì)于脂潤滑，其粘度、皂纖維的形狀大小均能影響噪聲值。

滾道聲產(chǎn)生源在于受到載荷后的套圈固有振動(dòng)所致。由于套圈和滾動(dòng)體的彈性接觸構(gòu)成非線性振動(dòng)系統(tǒng)。當(dāng)潤滑或加工精度不高時(shí)就會(huì)激發(fā)與此彈性特征有關(guān)的固有振動(dòng)，傳遞到空氣中則變?yōu)樵肼?。眾所周知，即使是采用了?dāng)代最高超的制造技術(shù)加工軸承零件，其工作表面總會(huì)存在程度不一的微小幾何誤差，從而使?jié)L道與滾動(dòng)體間產(chǎn)生微小波動(dòng)激發(fā)振動(dòng)系統(tǒng)固有振動(dòng)。盡管它是不可避免的，然而可采取高精度加工零件工作表面，正確選用軸承及精確使用軸承使之降噪減振。

2.落體滾動(dòng)聲

該噪聲一般情況下，大都出現(xiàn)在低轉(zhuǎn)速下且承受徑向載荷的大型軸承。當(dāng)軸承在徑向載荷下運(yùn)轉(zhuǎn)，軸承內(nèi)載荷區(qū)與非載荷區(qū)，若軸承具有一定徑向游隙時(shí)，非載荷區(qū)的滾動(dòng)體與內(nèi)滾道不接觸，但因離心力的作用則可能與外圈接觸，為此，在低轉(zhuǎn)速下，當(dāng)離心力小于滾動(dòng)體自重時(shí)，滾動(dòng)體會(huì)落下并與內(nèi)滾道或保持架碰撞且激發(fā)軸承的固有振動(dòng)和噪聲，并且有以下特點(diǎn)：

a.脂潤滑時(shí)易產(chǎn)生，油潤滑時(shí)不易產(chǎn)生。當(dāng)用劣質(zhì)潤滑脂時(shí)更易產(chǎn)生。

b.冬季常常發(fā)生。

c.對(duì)于只作用徑向載荷且徑向游隙較大時(shí)也易產(chǎn)生。

d.在某特定范圍內(nèi)也會(huì)產(chǎn)生且不同尺寸的軸承其速度范圍也不同。

e.可能是連續(xù)聲亦可能是斷續(xù)聲。

f.該強(qiáng)迫振動(dòng)常激發(fā)外圈的二階、三階彎曲固有振動(dòng)，從而發(fā)出該噪聲。通過采用預(yù)載荷方法可有效降低該噪聲，減少裝機(jī)后軸承工作徑向游隙，選用良好潤滑劑亦能有所改善，有些國外企業(yè)采用輕型滾動(dòng)體，如陶瓷滾子或空心滾子等技術(shù)措施來防止這種噪聲的產(chǎn)生。

3.尖鳴聲

它是金屬間滑動(dòng)摩擦產(chǎn)生相當(dāng)劇烈的尖叫聲，盡管此時(shí)軸承溫升不高，對(duì)軸承壽命和潤滑脂壽命也無多大影響，也不影響旋轉(zhuǎn)，但不悅耳聲令人不安，尤其是承受徑向載荷的大型短圓柱滾子軸承常有此噪聲，其特點(diǎn)為：

a.軸承徑向游隙大時(shí)易產(chǎn)生。

b.通常出現(xiàn)在脂潤滑中，油潤滑則較罕見。

c.隨著軸承尺寸增大而減小，且常在某轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)出現(xiàn)。

d.冬季時(shí)常出現(xiàn)。

e.它的出現(xiàn)是無規(guī)則的，和不可預(yù)知的，并且與填脂量及性能、安裝運(yùn)轉(zhuǎn)條件有關(guān)。這種噪聲可采用減少軸承徑向游隙和采用淺度外圈滾道結(jié)構(gòu)來防止。

4.保持架聲

在軸承旋轉(zhuǎn)過程中保持架的自由振動(dòng)以及它與滾動(dòng)體或套圈相撞擊就會(huì)發(fā)出此噪聲。它在各類軸承中都可能出現(xiàn)，但其聲壓級(jí)不太高而且是低頻率的。其特點(diǎn)是：

a.沖壓保持架及塑料保持架均可產(chǎn)生。

b.不論是稀油還是脂潤滑均會(huì)出現(xiàn)。

c.當(dāng)外圈承受彎矩時(shí)最易發(fā)生。

d.徑向游隙大時(shí)容易出現(xiàn)。

由于保持架兜孔間隙及保持架與套圈間隙在軸承成品中不可避免的要存在，因此徹底消除保持架聲十分困難，但可通過減少裝配誤差，優(yōu)選合理的間隙和保持架竄動(dòng)量來改善。

另一種保持架特殊聲是由于保持架與其他軸承零件引導(dǎo)面間的摩擦引發(fā)保持架的自激振動(dòng)而發(fā)生的喧囂聲。深溝球軸承的沖壓保持架較薄，在徑向和軸向平面內(nèi)的彎曲剛度較低，整體穩(wěn)定性差，軸承高速旋轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)因彎曲變形而產(chǎn)生自激振動(dòng)，引起“蜂鳴聲”。

當(dāng)軸承在徑向載荷作用下且油脂性能差的情況下，運(yùn)轉(zhuǎn)初期會(huì)聽到“咔嚓、咔嚓”的噪聲，這主要是由于滾動(dòng)體在離開載荷區(qū)后，滾動(dòng)體突然加速而與保持架相撞而發(fā)出的噪聲，這種撞擊聲不可避免但隨著運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后會(huì)消失。

防止保持架噪聲措施如下：

a.為使保持架公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定，應(yīng)盡量采用套圈引導(dǎo)方式并注意給予引導(dǎo)面的充分潤滑，對(duì)高速工況下的軸承結(jié)構(gòu)給予改進(jìn)，將滾子引導(dǎo)的L型保持架改為套圈擋邊引導(dǎo)的Z型保持架。

b.軸承高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，兜孔間隙大的軸承其保持架振動(dòng)振幅遠(yuǎn)大于兜孔間隙小的保持架振動(dòng)振幅，所以兜孔間隙取值尤為重要。

c.要注意盡量減小徑向游隙。

d.盡量提高保持架的制造精度，改善保持架表面質(zhì)量，有利于減小滾動(dòng)體與保持架發(fā)生碰撞或摩擦產(chǎn)生的噪聲。

e.積極采用先進(jìn)的清洗技術(shù)，對(duì)零配件和合套后的產(chǎn)品進(jìn)行有效徹底的清洗，提高軸承的潔凈度。

5.滾動(dòng)體通過振動(dòng)

當(dāng)軸承在徑向載荷作用下運(yùn)轉(zhuǎn)，其內(nèi)部只有若干個(gè)滾動(dòng)體承受載荷，由于與套圈的彈性接觸構(gòu)成的“彈簧”支承使?jié)L動(dòng)體在通過徑向載荷作用線產(chǎn)生了周期性振動(dòng)，而轉(zhuǎn)軸中心因此會(huì)上下垂直移動(dòng)或做水平方向移動(dòng)，同時(shí)引發(fā)噪聲。這類振動(dòng)稱之為滾動(dòng)體通過振動(dòng)，尤其是在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)表現(xiàn)更為明顯。

而其振幅則與軸承類型、徑向載荷、徑向游隙及滾動(dòng)體數(shù)目有關(guān)。通常該振幅較小，若振幅大時(shí)才形成危害，為此常采用減小徑向游隙或施加適當(dāng)?shù)念A(yù)載荷來降低。

工作溫度對(duì)軸承壽命的影響

軸承在工作中，其尺寸會(huì)因材料結(jié)構(gòu)的改變而變化。這種轉(zhuǎn)變受到溫度、時(shí)間及應(yīng)力的影響。

為了避免在工作中因材料的結(jié)構(gòu)改變而發(fā)生不允許的尺寸變化，軸承材料必須經(jīng)過特殊的熱處理。

根據(jù)不同的軸承類型，標(biāo)準(zhǔn)的軸承是以淬透和感應(yīng)淬火熱處理的鋼材制成，建議的最高工作溫度在120至200度之間。可以達(dá)到的最高工作溫度與熱處理的工藝過程有直接的關(guān)系。如果某應(yīng)用的正常工作溫度高出建議的最高溫度，應(yīng)選用穩(wěn)定級(jí)數(shù)較高的軸承。如果軸承需要連續(xù)在高溫下工作，軸承的動(dòng)負(fù)載能力可能需要作出調(diào)整。