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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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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。 ; @. w5 h5 K6 J8 a. O' n
. E& y0 J0 [) g* \; y1 I8 N 1 數(shù)控機(jī)床床身振動(dòng)時(shí)效機(jī)理 + c$ o+ S! ~( m* y/ O( \+ K
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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。1 a1 k$ [6 T6 i" O7 r# R4 {
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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2 [: Q- h4 K2 [3 A' S) m3 v 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,。
' |0 G6 N- B" h* E 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。( r0 Q# n" V& M7 m9 H. c& s P
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2數(shù)控機(jī)床床身振動(dòng)時(shí)效工藝 9 I& n" e& r) P, Y( W- L
& R# y# Y& u2 k2 M 振動(dòng)時(shí)效的大型數(shù)控機(jī)床床身特點(diǎn)如下：
; i0 \2 ?5 S+ N0 ?4 {（1）其機(jī)床床身的結(jié)構(gòu)較長(zhǎng),；
5 m. u. C5 N2 b; P5 a1 R; a（2）機(jī)床床身內(nèi)部的加強(qiáng)筋較多,；
4 `; s T# W4 \* ^/ m7 p: L5 i（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,；
! p, @$ f6 o! e; D: |（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。
* M; h6 Q3 m: @2 ?3 w9 H% r9 b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,。* T% v& N3 A/ h7 q# H6 q( I
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) b& v' ~% V5 R) j+ M: o0 x5 JHK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�,�,； （6）振動(dòng)時(shí)間的確定。 ) v% v0 n# g9 {+ ~& A6 j
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2.1支撐點(diǎn)的選擇
5 [! D9 x/ i. R& Z* w" A) d 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),。 a% F' f2 O# w& O# G
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2.2 激振點(diǎn)和傳感器位置選擇 2 ~' l# N$ q/ V
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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2.3 主振頻率的確定
+ I( F5 t' x5 G/ P$ o 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。
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: X5 r# k8 C+ n' M4 v M& q4 W 2.4激振力的確定
$ Q! G: T1 p8 R+ n9 B+ M+ u5 O0 c/ \ 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,。 & E+ L0 Y) D. P6 N8 A7 D# K
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- k* E9 l# w# e 3 結(jié)束語 , ?2 z9 R( a* ~& F0 s
利用振動(dòng)時(shí)效消除機(jī)床床身鑄件殘余應(yīng)力長(zhǎng)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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