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振動時效的大型數(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,長度為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)行振動時效處理消除殘余應(yīng)力。
振動時效處理設(shè)備采用振動時效裝置,電機(jī)調(diào)速范圍為1000～10000r/s,zui大激振力為10kN,加速度測量范圍為0～50g。由振動時效機(jī)理分析可知:振動時效是基于諧波共振原理。在振動時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”時的一個特殊狀態(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)到時效的目的。
由振動理論可知,振動時效工藝方案的確定包括以下6個方面的內(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)振動時間的確定。
1、支撐點(diǎn)的選擇
機(jī)床床身的支撐選用4個橡膠墊作支撐,支撐點(diǎn)選擇在機(jī)床床身振動的節(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時因相互撞擊而消耗能量和產(chǎn)生噪音,同時可以減小能量,獲得較大的振幅。其方法是在振動時,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)對工件進(jìn)行振動時,其振動值zui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。傳感器放置在另一波峰處有利于振動信號的拾取,因為傳感器所拾取的信號一般需經(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時效設(shè)備的掃頻功能來確定。在掃頻的過程中,工件有時候會出現(xiàn)幾個共振峰。在一般情況下,時效處理應(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)的頻率就是振動主頻率,這樣不會對工件造成疲勞損傷,相反還會提高工件的疲勞壽命。
4、激振力的確定
振動時效時激振力使機(jī)床床身產(chǎn)生動應(yīng)力。振動時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,所以振動時效是簡諧激勵下的受迫振動。機(jī)床床身內(nèi)部動應(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時的支撐狀態(tài)有關(guān),也就是說當(dāng)激振頻率和振型為機(jī)床床身的某價固有頻率和振型時,才可以發(fā)生共振,獲得較大振幅,相應(yīng)的動應(yīng)力也較大,降低殘余應(yīng)力的效果也較好。根據(jù)振動時效機(jī)理,確定激振力大小的原則是激振器產(chǎn)生的動應(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,而動應(yīng)力的值應(yīng)小于疲勞極限。
5、振動時間的確定
在振動時效處理過程中,隨著殘余應(yīng)力的降低和均化,工件的振動頻率及振幅等均隨之發(fā)生變化。以振幅-時間曲線為例,振幅-時間曲線的“升高”是殘余應(yīng)力下降、結(jié)構(gòu)阻尼減小的反映;而振幅-時間曲線的“變平”表明振動附加動應(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,延長一段時間的目的是為了使殘余應(yīng)力得到進(jìn)一步釋放以穩(wěn)定振動處理效果。實踐證明振動處理的前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)行振動時效處理15min,在附振處分別振動時效處理5min。
