CN102294617A

CN102294617A - 一种颗粒阻尼减振机床

Info

Publication number: CN102294617A
Application number: CN2011102215837A
Authority: CN
Inventors: 肖望强; 段东平; 边贺川; 李威; 邓乐
Original assignee: Tangshan High Tech Research And Transformation Center Chinese Academy Of Sciences; Tangshan Sanchuan Iron & Steel Machinery Manufacturing Co ltd; Institute of Process Engineering of CAS; University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: Tangshan High Tech Research And Transformation Center Chinese Academy Of Sciences; Tangshan Sanchuan Iron & Steel Machinery Manufacturing Co ltd; Institute of Process Engineering of CAS; University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2011-08-04
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2011-12-28

Abstract

本发明涉及一种颗粒阻尼减振机床。所述机床包括机床结构件，所述机床结构件中设有空腔(2)，在所述的空腔(2)中密封填充阻尼颗粒(3)。所述机床结构件包括机床床身(1)、机床顶梁(4)、机床立柱(5)、机床横梁和机床加强梁。在本发明中不仅实现了采用钢板焊接技术制造大型机床床身相比传统铸造加工技术，具有制造工艺相对简单、加工制造周期短、成本低廉、节省金属材料等优势；并且可显著减小机床振动幅值，并具有对原结构改动小、产生的附加质量小等优点，既保证了机床的加工精度，同时也大量节省了金属材料，降低了制造成本，并起到节能减排的作用。

Description

一种颗粒阻尼减振机床

技术领域

本发明涉及减振机床，具体地，本发明涉及一种颗粒阻尼减振机床。

背景技术

目前，大型精密数控机床的振动会直接影响工件的加工精度，并缩短机床的使用寿命。引起数控机床振动的因素很多，而且多数情况下机床无报警，归纳起来主要有如下5个方面：

1)加工程序。加工较为复杂的曲面时，一般采用CAM编程软件，如在采用MasterCAM编程时，有些企业为了追求较高的精度或者为了圆弧插补出错，采用了较小的过滤甚至不过滤，生成的程序是很密集的点位，在加速性稍差的数控机床上加工时会产生抖动的振动现象。

2)电气元件故障引起的振动。电气故障包括编码器的连结线接触不良、电源三相输入不平衡、伺服电动机、变频器等负责速度信号反馈及速度调节的电器元件引发的故障。当出现故障使反馈信号不稳定时，变频器或伺服驱动根据波动的频率和电压使得电动机不停地加减速，从而使机床产生破坏性振动，并使机床负载表指示值变大。

3)机械故障引起的振动。轴承档的磨损、轴承的损坏、联轴器的损坏或松动、丝杠的预紧力不足、丝杠与导轨不平行、反向间隙过大或补偿过头等机械故障都可引起床身较大的振动。

4)机床系统共振。机床在某一特定的转速时可能出现共振现象，另外如果机床的参数设定不当，也可能引起机床系统振荡，严重时将极大地降低机床的使用寿命。

5)机床的地脚螺栓松动。由于环境条件不达标，当机床X、Y轴来回快速移动时，这种不稳定的固定方式将严重影响数控机床的精度。

大型精密数控机床振动的控制是一个非常复杂的系统工程，上述5点可能引发振动的主因在机床加工过程中不可能全部避免，而目前常用的被动减振技术中，粘弹性材料阻尼减振是应用最为广泛的，由于粘弹性材料对温度非常敏感，同时随着使用时间延长粘弹性材料出现老化等失效，减振效果逐渐变差，因而在机床工作的恶略条件下采用粘弹性材料就受到很大的限制，难以实现工业应用。颗粒阻尼技术能适用温度范围和频域宽，因此采取颗粒阻尼被动减振技术降低上述系统故障产生的振动对机床产生的危害，对延长大型精密数控机床使用寿命具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于为了解决上述问题，提供了一种颗粒阻尼减振机床。

为了实现上述目的，本发明机床包括机床结构件，所述机床结构件中设有空腔2，在所述的空腔2中密封填充阻尼颗粒3。

作为上述方案的一种改进，所述空腔是一圆柱形或立方体空腔，根据大型机床床身的几何特征和应力状况以及振动工况来确定空腔的数目和位置，空腔内填充阻尼颗粒。

所述的颗粒阻尼减振床的机床结构件可以是机床床身、机床横梁、机床立柱、机床顶梁、机床加强梁等等。

处于实际工作状态下的大型机床床身处于模态密集的振动状况，机床床身、机床横梁、机床立柱、机床顶梁、机床加强梁等部件要承受很强的交变应力作用。当作用于机床床身、机床横梁、机床立柱、机床顶梁、机床加强梁等部件振源方向与颗粒重力方向平行时，上述阻尼颗粒为具有一定形状的外部高减振特性、芯部高韧性的复合颗粒材质；当当作用于机床床身、机床横梁、机床立柱、机床顶梁、机床加强梁等部件振源方向与颗粒重力方向垂直时，上述阻尼颗粒为具有一定形状的外部高减振特性、芯部高强度的复合颗粒材质。

作为上述方案的又一改进，所述阻尼颗粒3的粒径范围与机床床身、机床横梁、机床立柱、机床顶梁、机床、加强梁等部件的空腔形状相关，当空腔形状为类立方体时，颗粒粒径为从0.4S/h²mm～7.5S/h²mm(S为立方体水平截面积，h为立方体高度)；当空腔形状为类圆柱体时，颗粒粒径为从0.35M/h²mm～7M/h²mm(M为圆柱体截面积，h为圆柱体高度)。

作为上述方案的再一改进，阻尼颗粒的填充率与振源方向相关，当作用于机床床身、机床横梁、机床立柱、机床顶梁、机床加强梁等部件振源方向与颗粒重力方向平行时，上述阻尼颗粒填充率应控制在85％～90％；当当作用于机床床身、机床横梁、机床立柱、机床顶梁、机床加强梁等部件振源方向与颗粒重力方向垂直时，上述阻尼颗粒填充率应控制在90％～95％。

本发明提出了一种在大型机床床身放置颗粒的减振技术，本技术属于振动被动控制技术，以阻尼耗能机理为理论基础，主要由填充在床身结构空腔中的颗粒物质通过碰撞和摩擦作用提供阻尼效应，从而达到抑制结构振动的目的。

在本发明中由于阻尼颗粒是通过颗粒之间以及颗粒与腔体内壁之间的相对运动而产生阻尼效应的，大型机床工作时产生的振动会使封闭在腔体内的颗粒之间以及颗粒与腔体内壁之间产生相互碰撞和摩擦，通过这些碰撞和摩擦消耗能量，以致减小工作时的振动，达到吸收振动、降低噪声的效果。

在本发明中不仅实现了采用钢板焊接技术制造大型机床床身相比传统铸造加工技术，具有制造工艺相对简单、加工制造周期短、成本低廉、节省金属材料等优势；同时采用针对机床床身颗粒阻尼技术后，可显著减小机床振动幅值，并具有对原结构改动小、产生的附加质量小等优点，既保证了机床的加工精度，同时也大量节省了金属材料，降低了制造成本，并起到节能减排的作用。

附图说明

图1为大型动梁动柱4×16米龙门铣床颗粒阻尼床身结构示意图；

图2为大型动梁动柱4×16米龙门铣床颗粒阻尼床身沿A-A截面结构示意图；

图3为大型动梁动柱4×16米龙门铣床颗粒阻尼顶梁结构示意图；

图4为大型动梁动柱4×16米龙门铣床颗粒阻尼顶梁沿B-B截面结构示意图；

图5为大型动梁动柱4×16米龙门铣床颗粒阻尼立柱结构示意图；

图6为大型动梁动柱4×16米龙门铣床颗粒阻尼立柱沿B-B截面结构示意图；

图7为大型动梁动柱4×16米龙门铣床总结构图示意图。

附图标识

1、机床床身 2、空腔 3、阻尼颗粒

4、机床顶梁 5、机床立柱6、机床加强梁

7、机床横梁

具体实施方式

下面结合附图对本发明的颗粒阻尼减振机床作进一步的说明。

本发明机床包括机床结构件，所述机床结构件中设有空腔2，在所述的空腔2中密封填充阻尼颗粒3。

所述空腔是一圆柱形或立方体空腔，根据大型机床床身1的几何特征和应力状况以及振动工况来确定空腔的数目和位置，空腔内填充阻尼颗粒3。

所述的颗粒阻尼减振床的机床结构件可以是机床床身1、机床横梁6、机床立柱5、机床顶梁4、机床加强梁6等等。

所述阻尼颗粒3的粒径范围与机床床身、机床横梁、机床立柱、机床顶梁、机床、加强梁等部件的空腔形状相关，当空腔形状为类立方体时，颗粒粒径为从0.4S/h²mm～7.5S/h²mm(S为立方体水平截面积，h为立方体高度)；当空腔形状为类圆柱体时，颗粒粒径为从0.35M/h²mm～7M/h²mm(M为圆柱体截面积，h为圆柱体高度)。

阻尼颗粒的填充率与振源方向相关，当作用于机床床身、机床横梁、机床立柱、机床顶梁、机床加强梁等部件振源方向与颗粒重力方向平行时，上述阻尼颗粒填充率应控制在85％～90％；当当作用于机床床身、机床横梁、机床立柱、机床顶梁、机床加强梁等部件振源方向与颗粒重力方向垂直时，上述阻尼颗粒填充率应控制在90％～95％。

实施例1

在大型动梁动柱4×16米龙门铣床颗粒阻尼床身结构中，颗粒阻尼减振床身1由空腔2与阻尼颗粒3以及颗粒密封元件等构成，所述空腔为半圆柱体空腔，由于处于实际工作状态下的大型龙门铣床身处于低基频振动，作用于机床床身的振源方向与颗粒重力方向平行，阻尼颗粒3为具有一定形状的外部高减振特性、芯部高韧性的复合颗粒材质，颗粒粒径为0.8M/h²mm～3.5M/h²mm混合级配颗粒，填充率90％。

实施例2在大型动梁动柱4×16米龙门铣床颗粒阻尼顶梁结构中，颗粒阻尼减振顶梁4由空腔2与阻尼颗粒3以及颗粒密封体等构成，所述空腔为中间加筋的立方体空腔，由于处于实际工作状态下的大型龙门铣顶梁离振源较近，处于中基频振动，作用于机床床身的振源方向与颗粒重力方向垂直，阻尼颗粒3为具有一定形状的外部高减振特性、芯部高强度的复合颗粒材质，颗粒粒径为4.5M/h²mm～7M/h²mm混合级配颗粒，填充率95％。

实施例3

在大型动梁动柱4×16米龙门铣床颗粒阻尼立柱结构中，颗粒阻尼减振立柱5由空腔2与阻尼颗粒3以及颗粒密封体等构成，所述空腔为中间加筋和横向圆柱体的类立方体空腔，由于处于实际工作状态下的大型龙门铣立柱远离振源，处于低基频振动，作用于机床床身的振源方向与颗粒重力方向垂直，阻尼颗粒3为具有一定形状的外部高减振特性、芯部高强度的复合颗粒材质，颗粒粒径为0.4M/h²mm～3.5M/h²mm混合级配颗粒，填充率90％。

在大型动梁动柱4×16米龙门铣床床身1、机床横梁7、机床立柱5、机床顶梁4、机床加强梁6等部件应用颗粒阻尼减振后，在保证同等减振效果和加工精度情况下，比传统铸造加工工艺能够节省40％的金属材料，缩短30％的加工制造周期，在大大降低生产成本的同时，起到了节能减排的综合作用；同时采取颗粒阻尼技术后，机床整体噪音比传统机床下降6～15dB。

Claims

1.一种颗粒阻尼减振机床，所述机床包括机床结构件，其特征在于，所述机床结构件中设有空腔(2)，在所述的空腔(2)中密封填充阻尼颗粒(3)。

2.根据权利要求1所述的颗粒阻尼减振机床，其特征在于，所述机床结构件包括机床床身(1)、机床顶梁(4)、机床立柱(5)、机床横梁或机床加强梁。

3.根据权利要求1所述的颗粒阻尼减振机床，其特征在于，所述机床为重型卧式车床、重型立式车床、重型钻床、大型龙门铣床或大型落地镗铣床。

4.根据权利要求1所述的颗粒阻尼减振机床，其特征在于，所述空腔(2)为圆柱体或立方形。

5.根据权利要求1所述的颗粒阻尼减振机床，其特征在于，所述空腔(2)的顶端通过空腔密封件密封。

6.根据权利要求1所述的颗粒阻尼减振机床，其特征在于，所述机床结构件振源方向为竖直方向时，所述阻尼颗粒(3)为具有椭球状的外部高减振特性、芯部高韧性的复合颗粒材质，填充率为85％～90％。

7.根据权利要求1所述的颗粒阻尼减振机床，其特征在于，所述机床结构件振源方向为水平方向时，所述阻尼颗粒(3)为具有椭球状的外部高减振特性、芯部高强度的复合颗粒材质，填充率为90％～95％。

8.根据权利要求1所述的颗粒阻尼减振机床，其特征在于，所述空腔(2)为圆柱体时，所述阻尼颗粒(3)粒径为0.4S/h²mm～7.5S/h²mm；其中S为立方体水平截面积，h为立方体高度。

9.根据权利要求1所述的颗粒阻尼减振机床，其特征在于，所述空腔(2)为立方体时，所述阻尼颗粒(3)粒径为0.35M/h²mm～7M/h²mm；其中S为立方体水平截面积，h为立方体高度。