數(shù)控機(jī)床床身在鑄造和機(jī)械加工等工藝過程中，由于受熱或受力不均勻，其內(nèi)部都會(huì)產(chǎn)生不同程度的殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的存在，極大地影響了機(jī)床床身的尺寸穩(wěn)定性、剛度、強(qiáng)度和機(jī)械加工性能等，嚴(yán)重影響著機(jī)床的裝配和正常使用。振動(dòng)時(shí)效技術(shù)是繼熱時(shí)效和自然時(shí)效后的一項(xiàng)環(huán)保型新技術(shù)�；舅枷胧峭ㄟ^對(duì)應(yīng)力工件施以循環(huán)載荷，使工件內(nèi)應(yīng)力釋放，從而使工件殘余應(yīng)力降低，達(dá)到時(shí)效之目的。
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# j. x3 B, o* a# n" i, h9 U 本文針對(duì)大型數(shù)控機(jī)床床身的特點(diǎn)，進(jìn)行了大型數(shù)控機(jī)床床身振動(dòng)時(shí)效機(jī)理、振動(dòng)時(shí)效工藝和振動(dòng)時(shí)效效果的研究，得到了大型數(shù)控機(jī)床床身振動(dòng)時(shí)效工藝的工藝規(guī)范，提高了機(jī)床床身的尺寸穩(wěn)定性、剛度、強(qiáng)度和機(jī)械加工性能等。
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3 y& ?9 X9 J# Y R& N& G2 N 1 數(shù)控機(jī)床床身振動(dòng)時(shí)效機(jī)理 ( F, B5 s( @5 v, D0 M
# ?; T: {7 u7 p% H. K 從材料的應(yīng)力應(yīng)變特性角度分析。工程上采用的材料都不是理想的彈性體，其內(nèi)部存在著不同類型的微觀缺陷，鑄鐵中更是存在著大量形狀各異的切割金屬基體的石墨，其中的微觀缺陷附近都存在著不同程度的應(yīng)力集中。振動(dòng)時(shí)效消除殘余應(yīng)力的必要條件是動(dòng)應(yīng)力（激振力）和殘余應(yīng)力之和大于材料的屈服極限。
: X+ H) ^' L! [在工件內(nèi)殘余應(yīng)力的高峰值處將產(chǎn)生局部屈服，引起微小塑性變形，使得工件內(nèi)部殘余應(yīng)力高峰值降低和殘余應(yīng)力重新均勻分布，使工件內(nèi)原來不穩(wěn)定的殘余應(yīng)力得到松弛和勻化；同 時(shí)，由于包辛格效應(yīng)，經(jīng)過一段時(shí)間循環(huán)后，工件的屈服極限上升，直到與所受應(yīng)力相等，工件內(nèi)部不再產(chǎn)生新的塑性變形，工件的彈性性能得到強(qiáng)化，金屬基體達(dá)到強(qiáng)化，增強(qiáng)了抗變形能力，提高了工件尺寸精度穩(wěn)定性。
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機(jī)床床身的應(yīng)力集中區(qū)，絕大部分是在工件的微觀缺陷區(qū)，如位錯(cuò)、空位、夾雜等，引起金屬內(nèi)缺陷區(qū)大量位錯(cuò)移動(dòng)。位錯(cuò)滑移一開始就相當(dāng)于晶體開始屈服，工件的自變形就是位錯(cuò)滑移的結(jié)果。如果有某種方式使易動(dòng)位錯(cuò)先滑移，余下位錯(cuò)不易滑移，其最終結(jié)果就可減少構(gòu)件的自變形使尺寸穩(wěn)定。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)一方面產(chǎn)生位錯(cuò)增殖及亞結(jié)構(gòu)的變化；另一方面使晶體產(chǎn)生微觀塑性變形。位錯(cuò)增殖及亞結(jié)構(gòu)的變化將使金屬發(fā)生強(qiáng)烈的加工硬化，即繼續(xù)塑性變形的抗力增大，強(qiáng)度大大提高，從而提高工件抗變形能力和尺寸穩(wěn)定性。而金屬晶體的微觀塑性變形將使高殘余應(yīng)力得以釋放，消除或降低應(yīng)力集中，達(dá)到均化應(yīng)力的目的。 % x! l/ c: W* u0 e. ^- D+ z
從以上分析可知：當(dāng)工件受到動(dòng)應(yīng)力的作用時(shí)，在其內(nèi)部激起局部應(yīng)變，應(yīng)力集中越大的區(qū)域產(chǎn)生的應(yīng)變也越大，結(jié)果耗掉了應(yīng)力峰值，使應(yīng)力均化并降低。
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2數(shù)控機(jī)床床身振動(dòng)時(shí)效工藝
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振動(dòng)時(shí)效的大型數(shù)控機(jī)床床身特點(diǎn)如下：
) s7 x$ o$ A% z* K' Q9 Z) L（1）其機(jī)床床身的結(jié)構(gòu)較長；
7 ~. L6 ~4 R f; |" ^2 s4 j- @4 W（2）機(jī)床床身內(nèi)部的加強(qiáng)筋較多；3 ^/ y; R) a3 S) L4 M2 ]
（3）機(jī)床床身在鑄造過程中，導(dǎo)軌面朝下，澆注口和冒口在兩端；
) a! j- i4 \ A" |! y2 T（4）由于機(jī)床床身鑄造后變形量較大，則鑄造時(shí)給粗加工留有較大的加工余量。數(shù)控機(jī)床的床身為鑄件，由于機(jī)床床身在鑄造及粗加工后，存在有殘余應(yīng)力，且殘余應(yīng)力不穩(wěn)定性，造成應(yīng)力松弛和應(yīng)力的再分布，使工件產(chǎn)生變形，影響機(jī)床精度，因此需要在粗加工后進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理消除殘余應(yīng)力。+ y. M* h# m+ f# y' P
振動(dòng)時(shí)效是基于諧波共振原理。在振動(dòng)時(shí)效過程中工件處在外部激振器激振力的持續(xù)作用下，零件處于“受迫振動(dòng)”時(shí)的一個(gè)特殊狀態(tài)，即在激振器所產(chǎn)生的周期性外力的作用下使零件產(chǎn)生共振，從而使工件的殘余應(yīng)力得到部分消除和均布，從而達(dá)到時(shí)效的目的。
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" v3 I! k! O/ I+ G" n6 eHK振動(dòng)時(shí)效消除機(jī)床導(dǎo)軌應(yīng)力
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振動(dòng)時(shí)效工藝方案的確定包括以下6個(gè)方面的內(nèi)容： （1）支撐點(diǎn)的選擇； （2）激振點(diǎn)的選擇； （3）傳感器安放位置； （4）主振頻率的確定； （5）激振力的大小； （6）振動(dòng)時(shí)間的確定。 3 G/ o* T! C: j8 g2 b4 j: L
: ^) z0 c( M! O& ]" J 2.1支撐點(diǎn)的選擇 ) a. T9 V) F% m/ G+ u
機(jī)床床身的支撐選用4個(gè)橡膠墊作支撐，支撐點(diǎn)選擇在機(jī)床床身振動(dòng)的節(jié)線處。選擇節(jié)線處作支撐點(diǎn)，以避免零件和支撐物在振動(dòng)時(shí)因相互撞擊而消耗能量和產(chǎn)生噪音，同時(shí)可以減小能量，獲得較大的振幅。其方法是在振動(dòng)時(shí)，在機(jī)床床身的導(dǎo)軌面上拋撒砂子，砂子聚集處位置為節(jié)線位置，將位置作為支撐點(diǎn)。
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Q$ J) Z, @6 o1 H% k& b) h 2.2 激振點(diǎn)和傳感器位置選擇 9 G D6 V$ B$ k1 Z" `9 s7 G
當(dāng)對(duì)工件進(jìn)行振動(dòng)時(shí)，其振動(dòng)值最大處稱為波峰。激振器夾持在工件波峰處，這樣激振器即可以最小能量激發(fā)工件產(chǎn)生較大振動(dòng)。傳感器放置在另一波峰處有利于振動(dòng)信號(hào)的拾取，因?yàn)閭鞲衅魉叭〉男盘?hào)一般需經(jīng)放大器放大后才能進(jìn)行后續(xù)處理。圖1所示是將激振器剛性地固定在床頭箱部位一邊的波峰處，傳感器固定在遠(yuǎn)離激振器且振幅較大的床身靠端部的平面導(dǎo)軌上
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- P" b8 C ?6 e* h1 S 2.3 主振頻率的確定 : d; O, V' f, o6 z" n' |
激振頻率的選擇與工件本身的形狀、重量、材質(zhì)和剛性等因素有關(guān)。機(jī)床床身的固有頻率用振動(dòng)時(shí)效設(shè)備的掃頻功能來確定。在掃頻的過程中，工件有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)幾個(gè)共振峰。在一般情況下，時(shí)效處理應(yīng)選擇在一階亞共振區(qū)進(jìn)行，亞共振區(qū)是指一階共振峰的前沿，即最大加速度值的1/3～2/3處，這一點(diǎn)的頻率就是振動(dòng)主頻率，這樣不會(huì)對(duì)工件造成疲勞損傷，相反還會(huì)提高工件的疲勞壽命。 L2 [# b- \1 v
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2.4激振力的確定
8 F: u/ C& c/ g3 C$ f 激振力的大小通過調(diào)節(jié)偏心距e獲得，所以振動(dòng)時(shí)效是簡諧激勵(lì)下的受迫振動(dòng)。機(jī)床床身內(nèi)部動(dòng)應(yīng)力的大小除與激振力的大小有關(guān)外，還與振型、頻率等有關(guān)，即與機(jī)床床身的剛度和振動(dòng)時(shí)的支撐狀態(tài)有關(guān)，也就是說當(dāng)激振頻率和振型為機(jī)床床身的某價(jià)固有頻率和振型時(shí)，才可以發(fā)生共振，獲得較大振幅，相應(yīng)的動(dòng)應(yīng)力也較大，降低殘余應(yīng)力的效果也較好。根據(jù)振動(dòng)時(shí)效機(jī)理，確定激振力大小的原則是激振器產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力的幅值與殘余應(yīng)力之和應(yīng)稍大于機(jī)床床身的屈服強(qiáng)度，而動(dòng)應(yīng)力的值應(yīng)小于疲勞極限。
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3 結(jié)束語
/ g, L- P* f; H0 x 利用振動(dòng)時(shí)效消除機(jī)床床身鑄件殘余應(yīng)力長期實(shí)踐表明，振動(dòng)時(shí)效能有效地消除和均化機(jī)床床身的殘余應(yīng)力，并取得明顯的效果；振動(dòng)時(shí)效工藝大大縮短了機(jī)床床身的制造時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，解決了制造過程的變形問題，提高了機(jī)械制造質(zhì)量。
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發(fā)表于 2018-8-31 11:34:12
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