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   振動(dòng)時(shí)效的大型數(shù)控機(jī)床床身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：
(1)其機(jī)床床身的結(jié)構(gòu)較長(zhǎng),長(zhǎng)度為8800mm;
(2)機(jī)床床身內(nèi)部的加強(qiáng)筋較多;
(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;
(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。

   該大型數(shù)控機(jī)床的床身為鑄件,材質(zhì)是HT300,其外形尺寸為8800mm×1300mm×660mm。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。

    振動(dòng)時(shí)效處理設(shè)備采用振動(dòng)時(shí)效裝置,電機(jī)調(diào)速范圍為1000～10000r/s,zui大激振力為10kN,加速度測(cè)量范圍為0～50g。由振動(dòng)時(shí)效機(jī)理分析可知: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。

     由振動(dòng)理論可知,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。

1、支撐點(diǎn)的選擇

   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)。

2、激振點(diǎn)和傳感器位置選擇

   當(dāng)對(duì)工件進(jìn)行振動(dòng)時(shí),其振動(dòng)值z(mì)ui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zui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。

3、主振頻率的確定

    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(lái)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zui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。

4、激振力的確定

   振動(dòng)時(shí)效時(shí)激振力使機(jī)床床身產(chǎn)生動(dòng)應(yīng)力。振動(dòng)時(shí)效裝置的激振力是偏心質(zhì)量旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力(F=meω2sinωt)。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。

5、振動(dòng)時(shí)間的確定

   在振動(dòng)時(shí)效處理過程中,隨著殘余應(yīng)力的降低和均化,工件的振動(dòng)頻率及振幅等均隨之發(fā)生變化。以振幅-時(shí)間曲線為例,振幅-時(shí)間曲線的“升高”是殘余應(yīng)力下降、結(jié)構(gòu)阻尼減小的反映;而振幅-時(shí)間曲線的“變平”表明振動(dòng)附加動(dòng)應(yīng)力與殘余應(yīng)力的疊加已不能引起任何部位的塑性變形,即式(1),(2)已不成立,延長(zhǎng)一段時(shí)間的目的是為了使殘余應(yīng)力得到進(jìn)一步釋放以穩(wěn)定振動(dòng)處理效果。實(shí)踐證明振動(dòng)處理的前5min殘余應(yīng)力變化zui快,15min后基本處于穩(wěn)定,說明殘余應(yīng)力下降到一定程度后就不再發(fā)生變化了。因此選擇在主振頻率處,進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理15min,在附振處分別振動(dòng)時(shí)效處理5min。