專利名稱：一種顆粒阻尼減振機(jī)床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及減振機(jī)床，具體地，本發(fā)明涉及一種顆粒阻尼減振機(jī)床。
背景技術(shù)：
目前，大型精密數(shù)控機(jī)床的振動(dòng)會(huì)直接影響工件的加工精度，并縮短機(jī)床的使用壽命。引起數(shù)控機(jī)床振動(dòng)的因素很多，而且多數(shù)情況下機(jī)床無報(bào)警，歸納起來主要有如下5 個(gè)方面1)加工程序。加工較為復(fù)雜的曲面時(shí)，一般采用CAM編程軟件，如在采用 MasterCAM編程時(shí)，有些企業(yè)為了追求較高的精度或者為了圓弧插補(bǔ)出錯(cuò)，采用了較小的過濾甚至不過濾，生成的程序是很密集的點(diǎn)位，在加速性稍差的數(shù)控機(jī)床上加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)的振動(dòng)現(xiàn)象。2)電氣元件故障引起的振動(dòng)。電氣故障包括編碼器的連結(jié)線接觸不良、電源三相輸入不平衡、伺服電動(dòng)機(jī)、變頻器等負(fù)責(zé)速度信號(hào)反饋及速度調(diào)節(jié)的電器元件引發(fā)的故障。 當(dāng)出現(xiàn)故障使反饋信號(hào)不穩(wěn)定時(shí)，變頻器或伺服驅(qū)動(dòng)根據(jù)波動(dòng)的頻率和電壓使得電動(dòng)機(jī)不停地加減速，從而使機(jī)床產(chǎn)生破壞性振動(dòng)，并使機(jī)床負(fù)載表指示值變大。3)機(jī)械故障引起的振動(dòng)。軸承檔的磨損、軸承的損壞、聯(lián)軸器的損壞或松動(dòng)、絲杠的預(yù)緊力不足、絲杠與導(dǎo)軌不平行、反向間隙過大或補(bǔ)償過頭等機(jī)械故障都可引起床身較大的振動(dòng)。4)機(jī)床系統(tǒng)共振。機(jī)床在某一特定的轉(zhuǎn)速時(shí)可能出現(xiàn)共振現(xiàn)象，另外如果機(jī)床的參數(shù)設(shè)定不當(dāng)，也可能引起機(jī)床系統(tǒng)振蕩，嚴(yán)重時(shí)將極大地降低機(jī)床的使用壽命。5)機(jī)床的地腳螺栓松動(dòng)。由于環(huán)境條件不達(dá)標(biāo)，當(dāng)機(jī)床X、Y軸來回快速移動(dòng)時(shí)， 這種不穩(wěn)定的固定方式將嚴(yán)重影響數(shù)控機(jī)床的精度。大型精密數(shù)控機(jī)床振動(dòng)的控制是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，上述5點(diǎn)可能引發(fā)振動(dòng)的主因在機(jī)床加工過程中不可能全部避免，而目前常用的被動(dòng)減振技術(shù)中，粘彈性材料阻尼減振是應(yīng)用最為廣泛的，由于粘彈性材料對溫度非常敏感，同時(shí)隨著使用時(shí)間延長粘彈性材料出現(xiàn)老化等失效，減振效果逐漸變差，因而在機(jī)床工作的惡略條件下采用粘彈性材料就受到很大的限制，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。顆粒阻尼技術(shù)能適用溫度范圍和頻域?qū)挘虼瞬扇☆w粒阻尼被動(dòng)減振技術(shù)降低上述系統(tǒng)故障產(chǎn)生的振動(dòng)對機(jī)床產(chǎn)生的危害，對延長大型精密數(shù)控機(jī)床使用壽命具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為了解決上述問題，提供了一種顆粒阻尼減振機(jī)床。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明機(jī)床包括機(jī)床結(jié)構(gòu)件，所述機(jī)床結(jié)構(gòu)件中設(shè)有空腔2， 在所述的空腔2中密封填充阻尼顆粒3。作為上述方案的一種改進(jìn)，所述空腔是一圓柱形或立方體空腔，根據(jù)大型機(jī)床床身的幾何特征和應(yīng)力狀況以及振動(dòng)工況來確定空腔的數(shù)目和位置，空腔內(nèi)填充阻尼顆粒。
所述的顆粒阻尼減振床的機(jī)床結(jié)構(gòu)件可以是機(jī)床床身、機(jī)床橫梁、機(jī)床立柱、機(jī)床頂梁、機(jī)床加強(qiáng)梁等等。處于實(shí)際工作狀態(tài)下的大型機(jī)床床身處于模態(tài)密集的振動(dòng)狀況，機(jī)床床身、機(jī)床橫梁、機(jī)床立柱、機(jī)床頂梁、機(jī)床加強(qiáng)梁等部件要承受很強(qiáng)的交變應(yīng)力作用。當(dāng)作用于機(jī)床床身、機(jī)床橫梁、機(jī)床立柱、機(jī)床頂梁、機(jī)床加強(qiáng)梁等部件振源方向與顆粒重力方向平行時(shí)， 上述阻尼顆粒為具有一定形狀的外部高減振特性、芯部高韌性的復(fù)合顆粒材質(zhì)；當(dāng)當(dāng)作用于機(jī)床床身、機(jī)床橫梁、機(jī)床立柱、機(jī)床頂梁、機(jī)床加強(qiáng)梁等部件振源方向與顆粒重力方向垂直時(shí)，上述阻尼顆粒為具有一定形狀的外部高減振特性、芯部高強(qiáng)度的復(fù)合顆粒材質(zhì)。作為上述方案的又一改進(jìn)，所述阻尼顆粒3的粒徑范圍與機(jī)床床身、機(jī)床橫梁、機(jī)床立柱、機(jī)床頂梁、機(jī)床、加強(qiáng)梁等部件的空腔形狀相關(guān)，當(dāng)空腔形狀為類立方體時(shí)，顆粒粒徑為從0. 4S/h2mm 7. 5S/h2mm(S為立方體水平截面積，h為立方體高度)；當(dāng)空腔形狀為類圓柱體時(shí)，顆粒粒徑為從0. 35M/h2mm 7M/h2mm(M為圓柱體截面積，h為圓柱體高度)。作為上述方案的再一改進(jìn)，阻尼顆粒的填充率與振源方向相關(guān)，當(dāng)作用于機(jī)床床身、機(jī)床橫梁、機(jī)床立柱、機(jī)床頂梁、機(jī)床加強(qiáng)梁等部件振源方向與顆粒重力方向平行時(shí)，上述阻尼顆粒填充率應(yīng)控制在85% 90% ；當(dāng)當(dāng)作用于機(jī)床床身、機(jī)床橫梁、機(jī)床立柱、機(jī)床頂梁、機(jī)床加強(qiáng)梁等部件振源方向與顆粒重力方向垂直時(shí)，上述阻尼顆粒填充率應(yīng)控制在 90% 95%。本發(fā)明提出了一種在大型機(jī)床床身放置顆粒的減振技術(shù)，本技術(shù)屬于振動(dòng)被動(dòng)控制技術(shù)，以阻尼耗能機(jī)理為理論基礎(chǔ)，主要由填充在床身結(jié)構(gòu)空腔中的顆粒物質(zhì)通過碰撞和摩擦作用提供阻尼效應(yīng)，從而達(dá)到抑制結(jié)構(gòu)振動(dòng)的目的。在本發(fā)明中由于阻尼顆粒是通過顆粒之間以及顆粒與腔體內(nèi)壁之間的相對運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生阻尼效應(yīng)的，大型機(jī)床工作時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)使封閉在腔體內(nèi)的顆粒之間以及顆粒與腔體內(nèi)壁之間產(chǎn)生相互碰撞和摩擦，通過這些碰撞和摩擦消耗能量，以致減小工作時(shí)的振動(dòng)，達(dá)到吸收振動(dòng)、降低噪聲的效果。在本發(fā)明中不僅實(shí)現(xiàn)了采用鋼板焊接技術(shù)制造大型機(jī)床床身相比傳統(tǒng)鑄造加工技術(shù)，具有制造工藝相對簡單、加工制造周期短、成本低廉、節(jié)省金屬材料等優(yōu)勢；同時(shí)采用針對機(jī)床床身顆粒阻尼技術(shù)后，可顯著減小機(jī)床振動(dòng)幅值，并具有對原結(jié)構(gòu)改動(dòng)小、產(chǎn)生的附加質(zhì)量小等優(yōu)點(diǎn)，既保證了機(jī)床的加工精度，同時(shí)也大量節(jié)省了金屬材料，降低了制造成本，并起到節(jié)能減排的作用。


圖1為大型動(dòng)梁動(dòng)柱4X 16米龍門銑床顆粒阻尼床身結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為大型動(dòng)梁動(dòng)柱4X16米龍門銑床顆粒阻尼床身沿A-A截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為大型動(dòng)梁動(dòng)柱4X 16米龍門銑床顆粒阻尼頂梁結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為大型動(dòng)梁動(dòng)柱4X 16米龍門銑床顆粒阻尼頂梁沿B-B截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為大型動(dòng)梁動(dòng)柱4X 16米龍門銑床顆粒阻尼立柱結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為大型動(dòng)梁動(dòng)柱4X 16米龍門銑床顆粒阻尼立柱沿B-B截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為大型動(dòng)梁動(dòng)柱4X 16米龍門銑床總結(jié)構(gòu)圖示意圖。附圖標(biāo)識(shí)
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1、機(jī)床床身 2、空腔 3、阻尼顆粒4、機(jī)床頂梁 5、機(jī)床立柱6、機(jī)床加強(qiáng)梁7、機(jī)床橫梁
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的顆粒阻尼減振機(jī)床作進(jìn)一步的說明。本發(fā)明機(jī)床包括機(jī)床結(jié)構(gòu)件，所述機(jī)床結(jié)構(gòu)件中設(shè)有空腔2，在所述的空腔2中密封填充阻尼顆粒3。所述空腔是一圓柱形或立方體空腔，根據(jù)大型機(jī)床床身1的幾何特征和應(yīng)力狀況以及振動(dòng)工況來確定空腔的數(shù)目和位置，空腔內(nèi)填充阻尼顆粒3。所述的顆粒阻尼減振床的機(jī)床結(jié)構(gòu)件可以是機(jī)床床身1、機(jī)床橫梁6、機(jī)床立柱5、 機(jī)床頂梁4、機(jī)床加強(qiáng)梁6等等。處于實(shí)際工作狀態(tài)下的大型機(jī)床床身處于模態(tài)密集的振動(dòng)狀況，機(jī)床床身、機(jī)床橫梁、機(jī)床立柱、機(jī)床頂梁、機(jī)床加強(qiáng)梁等部件要承受很強(qiáng)的交變應(yīng)力作用。當(dāng)作用于機(jī)床床身、機(jī)床橫梁、機(jī)床立柱、機(jī)床頂梁、機(jī)床加強(qiáng)梁等部件振源方向與顆粒重力方向平行時(shí)， 上述阻尼顆粒為具有一定形狀的外部高減振特性、芯部高韌性的復(fù)合顆粒材質(zhì)；當(dāng)當(dāng)作用于機(jī)床床身、機(jī)床橫梁、機(jī)床立柱、機(jī)床頂梁、機(jī)床加強(qiáng)梁等部件振源方向與顆粒重力方向垂直時(shí)，上述阻尼顆粒為具有一定形狀的外部高減振特性、芯部高強(qiáng)度的復(fù)合顆粒材質(zhì)。所述阻尼顆粒3的粒徑范圍與機(jī)床床身、機(jī)床橫梁、機(jī)床立柱、機(jī)床頂梁、機(jī)床、加強(qiáng)梁等部件的空腔形狀相關(guān)，當(dāng)空腔形狀為類立方體時(shí)，顆粒粒徑為從0. 4S/h2mm 7. 5S/ h2mm(S為立方體水平截面積，h為立方體高度)；當(dāng)空腔形狀為類圓柱體時(shí)，顆粒粒徑為從 0. 35M/h2mm 7M/h2mm(M為圓柱體截面積，h為圓柱體高度)。阻尼顆粒的填充率與振源方向相關(guān)，當(dāng)作用于機(jī)床床身、機(jī)床橫梁、機(jī)床立柱、機(jī)床頂梁、機(jī)床加強(qiáng)梁等部件振源方向與顆粒重力方向平行時(shí)，上述阻尼顆粒填充率應(yīng)控制在85% 90%;當(dāng)當(dāng)作用于機(jī)床床身、機(jī)床橫梁、機(jī)床立柱、機(jī)床頂梁、機(jī)床加強(qiáng)梁等部件振源方向與顆粒重力方向垂直時(shí)，上述阻尼顆粒填充率應(yīng)控制在90 % 95 %。實(shí)施例1在大型動(dòng)梁動(dòng)柱4X16米龍門銑床顆粒阻尼床身結(jié)構(gòu)中，顆粒阻尼減振床身1由空腔2與阻尼顆粒3以及顆粒密封元件等構(gòu)成，所述空腔為半圓柱體空腔，由于處于實(shí)際工作狀態(tài)下的大型龍門銑床身處于低基頻振動(dòng)，作用于機(jī)床床身的振源方向與顆粒重力方向平行，阻尼顆粒3為具有一定形狀的外部高減振特性、芯部高韌性的復(fù)合顆粒材質(zhì)，顆粒粒徑為0. 8M/h2mm 3. 5M/h2mm混合級(jí)配顆粒，填充率90%。實(shí)施例2在大型動(dòng)梁動(dòng)柱4X 16米龍門銑床顆粒阻尼頂梁結(jié)構(gòu)中，顆粒阻尼減振頂梁4由空腔2與阻尼顆粒3以及顆粒密封體等構(gòu)成，所述空腔為中間加筋的立方體空腔， 由于處于實(shí)際工作狀態(tài)下的大型龍門銑頂梁離振源較近，處于中基頻振動(dòng)，作用于機(jī)床床身的振源方向與顆粒重力方向垂直，阻尼顆粒3為具有一定形狀的外部高減振特性、芯部高強(qiáng)度的復(fù)合顆粒材質(zhì)，顆粒粒徑為4. 5M/h2mm 7M/h2mm混合級(jí)配顆粒，填充率95%。實(shí)施例3在大型動(dòng)梁動(dòng)柱4X16米龍門銑床顆粒阻尼立柱結(jié)構(gòu)中，顆粒阻尼減振立柱5由空腔2與阻尼顆粒3以及顆粒密封體等構(gòu)成，所述空腔為中間加筋和橫向圓柱體的類立方體空腔，由于處于實(shí)際工作狀態(tài)下的大型龍門銑立柱遠(yuǎn)離振源，處于低基頻振動(dòng)，作用于機(jī)床床身的振源方向與顆粒重力方向垂直，阻尼顆粒3為具有一定形狀的外部高減振特性、 芯部高強(qiáng)度的復(fù)合顆粒材質(zhì)，顆粒粒徑為0. 4M/h2mm 3. 5M/h2mm混合級(jí)配顆粒，填充率 90%。 在大型動(dòng)梁動(dòng)柱4X16米龍門銑床床身1、機(jī)床橫梁7、機(jī)床立柱5、機(jī)床頂梁4、機(jī)床加強(qiáng)梁6等部件應(yīng)用顆粒阻尼減振后，在保證同等減振效果和加工精度情況下，比傳統(tǒng)鑄造加工工藝能夠節(jié)省40%的金屬材料，縮短30 %的加工制造周期，在大大降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，起到了節(jié)能減排的綜合作用；同時(shí)采取顆粒阻尼技術(shù)后，機(jī)床整體噪音比傳統(tǒng)機(jī)床下降6 15dB。
權(quán)利要求
1.一種顆粒阻尼減振機(jī)床，所述機(jī)床包括機(jī)床結(jié)構(gòu)件，其特征在于，所述機(jī)床結(jié)構(gòu)件中設(shè)有空腔O)，在所述的空腔O)中密封填充阻尼顆粒(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒阻尼減振機(jī)床，其特征在于，所述機(jī)床結(jié)構(gòu)件包括機(jī)床床身(1)、機(jī)床頂梁G)、機(jī)床立柱(5)、機(jī)床橫梁或機(jī)床加強(qiáng)梁。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒阻尼減振機(jī)床，其特征在于，所述機(jī)床為重型臥式車床、 重型立式車床、重型鉆床、大型龍門銑床或大型落地鏜銑床。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒阻尼減振機(jī)床，其特征在于，所述空腔(2)為圓柱體或立方形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒阻尼減振機(jī)床，其特征在于，所述空腔(2)的頂端通過空腔密封件密封。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒阻尼減振機(jī)床，其特征在于，所述機(jī)床結(jié)構(gòu)件振源方向?yàn)樨Q直方向時(shí)，所述阻尼顆粒(3)為具有橢球狀的外部高減振特性、芯部高韌性的復(fù)合顆粒材質(zhì)，填充率為85% 90%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒阻尼減振機(jī)床，其特征在于，所述機(jī)床結(jié)構(gòu)件振源方向?yàn)樗椒较驎r(shí)，所述阻尼顆粒C3)為具有橢球狀的外部高減振特性、芯部高強(qiáng)度的復(fù)合顆粒材質(zhì)，填充率為90% 95%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒阻尼減振機(jī)床，其特征在于，所述空腔(2)為圓柱體時(shí)， 所述阻尼顆粒C3)粒徑為0. 4S/h2mm 7. 5S/h2mm ；其中S為立方體水平截面積，h為立方體高度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒阻尼減振機(jī)床，其特征在于，所述空腔(2)為立方體時(shí)， 所述阻尼顆粒(3)粒徑為0. 35M/h2mm 7M/h2mm ；其中S為立方體水平截面積，h為立方體尚度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種顆粒阻尼減振機(jī)床。所述機(jī)床包括機(jī)床結(jié)構(gòu)件，所述機(jī)床結(jié)構(gòu)件中設(shè)有空腔(2)，在所述的空腔(2)中密封填充阻尼顆粒(3)。所述機(jī)床結(jié)構(gòu)件包括機(jī)床床身(1)、機(jī)床頂梁(4)、機(jī)床立柱(5)、機(jī)床橫梁和機(jī)床加強(qiáng)梁。在本發(fā)明中不僅實(shí)現(xiàn)了采用鋼板焊接技術(shù)制造大型機(jī)床床身相比傳統(tǒng)鑄造加工技術(shù)，具有制造工藝相對簡單、加工制造周期短、成本低廉、節(jié)省金屬材料等優(yōu)勢；并且可顯著減小機(jī)床振動(dòng)幅值，并具有對原結(jié)構(gòu)改動(dòng)小、產(chǎn)生的附加質(zhì)量小等優(yōu)點(diǎn)，既保證了機(jī)床的加工精度，同時(shí)也大量節(jié)省了金屬材料，降低了制造成本，并起到節(jié)能減排的作用。
文檔編號(hào)B23Q11/00GK102294617SQ20111022158
公開日2011年12月28日 申請日期2011年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月4日
發(fā)明者李威, 段東平, 肖望強(qiáng), 邊賀川, 鄧樂 申請人:中國科學(xué)院唐山高新技術(shù)研究與轉(zhuǎn)化中心, 中國科學(xué)院過程工程研究所, 北京科技大學(xué), 唐山市三川鋼鐵機(jī)械制造有限公司