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。
9 ]( r/ @. J: \![]() ( M# r# D% v- {" G
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。
1 @. i9 @1 [3 P* }5 q2 Q C8 K6 T
- w+ L; S6 u* L# w+ Y0 s: v: _ 1 數(shù)控機(jī)床床身振動(dòng)時(shí)效機(jī)理 * w! J# v$ z9 a3 s/ K% ?
1 P8 v4 |& L5 d) c( \" v) z 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。
' e' K# g3 Q2 w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。8 }& g# M- r/ A8 s' ~
8 e: \7 Q4 H3 X, Q9 }; J6 Q K+ j
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。 . ]* L2 u- o: m; X) i& _& t7 G4 c
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。
4 r) @! T2 C; T" _! V, f( z1 S & S* j, g% A, d! f! l$ g2 E
2數(shù)控機(jī)床床身振動(dòng)時(shí)效工藝 . ?% X* S. `7 l |9 s6 d
, V/ w& r+ S5 h: r
振動(dòng)時(shí)效的大型數(shù)控機(jī)床床身特點(diǎn)如下：3 V% m9 M$ _- P$ W
（1）其機(jī)床床身的結(jié)構(gòu)較長；
6 i7 R5 \/ A$ _0 M( a（2）機(jī)床床身內(nèi)部的加強(qiáng)筋較多；
8 t7 ?) U% v9 ^8 f' C) k" m7 w: ]5 U（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；
9 Z9 m- `4 r& ^2 o. u7 l（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。- z' a+ w: x, K* f0 C" g5 [
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。7 E- E8 u* g( E. m& w
5 j8 j) E. j7 N
* D l% u; I, M, n Y5 K; _, ~HK振動(dòng)時(shí)效消除機(jī)床導(dǎo)軌應(yīng)力
9 N' ]4 s* A8 D* U! D
. t) u, D% N* J9 M* x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??； （6）振動(dòng)時(shí)間的確定。 ' x5 e" m4 [; g' W5 L
$ u+ d$ D- K4 M1 g0 s
2.1支撐點(diǎn)的選擇
0 u2 y1 C, u4 w3 O. w 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)。
& E' B- K5 [3 S4 Y+ i
" h* r8 |, X! B 2.2 激振點(diǎn)和傳感器位置選擇 O) ]( j6 f N2 I
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 5 l/ P0 q4 l: z8 [
5 N. L, z' ?" U& l 2.3 主振頻率的確定 ) \! J, L# p& X7 D
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。 & _# ^* b: I* M
8 p7 E4 a0 v- y. R' w- @
2.4激振力的確定
1 n6 n" w% r1 P; x3 J( [; Y 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(jiǎn)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。 0 ` i6 C' U8 t* b9 f% x2 x0 Q8 _
6 g+ I; c" V' S
5 w6 F% h; n- _. T6 V4 p, a1 V/ D
3 結(jié)束語 + ~# ~( U1 a3 Y% n* k; M: k7 W3 V$ ]0 o
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。
' c L& Q: K. c9 J$ A
, L' S* T- ~' L | 
發(fā)表于 2018-8-31 11:34:12
QQ好友和群
QQ空間
