精密机床的隔振基础.pdf

机械研 究与应 用 设计与制造 精密机床的隔振基础 李海珍 天水星火机床有限责任 公司， 甘肃 天水7 4 1 0 2 4 摘要 机床基础底部铺有五层 不同材料 的防振 层 的方法来提 高机 床基 础的 防振 性 ， 能很好 的消振和 隔 离外界 振 源 的影响。该设计主要采用了在机床四周开挖防振沟， 通过对设计要素的分析和试验， 证明该设计可广泛应用 于轧 辊磨床 的机床 基础的设计 ， 提 高轧辊磨床的磨 削精度。 关键词 精密机床基础 ； 精度； 隔振沟； 防振层 中图分类号 T G 6 6 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 6 - 4 4 1 4 2 0 1 1 0 4 - 0 0 7 7 - 0 2 The f o u nda t i o n o f i s o l a t e d v i br a t i o n f o r pr e c i s i o n m a c hi ne L i Ha i -z h e n T i a n s h u i S P A R Km a c h i n e t o o l C o ． ， L i d ， T i a n s h u i G a n s u 7 4 1 0 2 4 ， C h i n a Ab s t r a c t L a y i n g fi v e p r e v e n t i v e v i b r a t i o n l a y e r s u n d e r t h e ma c h i n e t o p r e v e n t t h e v i b r a t i o n f o r t h e b a s e，t h e l a y e r s a re ma d e o f d i ff e r e n t k i n d s ma t e r i a1．T h e d e s i g n m a i n l y a d a p t t h e me t h o d t h a t d i g i s o l a t e d v i b r a t i o n c h a n n e l a r o u n d t h e m a c h i n e ．，n l i s wa y i s a i d e d t o i mp r o v e p r e v e n t i o n f o r v i b r a ti o n ， a n d i s v e r y e f fi c a c i o u s t o a v o i d t h e i n flu e n c e o f e n v i ron me n t a l v i b r a t i o n ． T h r o u g h t h e d e s i g n a l l y s i s a n d t e s t ，i t s h o ws t h i s n e w d e s i gn i s u e s e d for t h e f o u n d a t i o n of p r e c i s i o n r o l l g r i n din g ma c h i n e d e l y ， whic h C a l l i mp r o v e t h e g r i n din g a c c u r a c y ． K e y wo r d s f o un d a t i o n of p r e c i s i o n ma c h i n e；a c c u r a c y；i s o l a t e d v i b r a t i o n c h an n e l ；p rev e n t i v e v i b r a t i o n l a y e r s 1 技术背景 精密机床的加工精度远高于普通机床的精度要 求， 为保证加工精度， 除机床本身的结构设计合理以 外， 必须严格控制环境对机床的影响， 如振动、 温度变 化 、 湿度 的变化 。欧洲机床性能精度高于国内水平 ， 处于国际领先水平， 关键是认识到环境对机床精度影 响的重要性， 并相当重视控制环境对机床的影响。笔 者安装 1台从法 国引进高精密数控车床 ， 进行精度检 验时， 机床精度始终达不到要求。后请来法国工程师 发现机床所处的环境因素没有达到要求。虽将该机 床安装在恒温室内， 但是恒温室温度和湿度的变化还 是超出了机床要求 的变化范围。根据法国工程师 的 要求， 对机床所处环境重新改造， 采用了在恒温室内 在建恒温室的办法， 使温度控制在 0 ． 5 C 变化范围 内， 安装温度和湿度表进行监测， 并对周边的振源从 地基上做了较好的防振处理。机床再次检验时精度 合格 ， 达到了车削精度0 ． 2 的高精度要求。 2 精密机床的隔振基础的设计 轧辊磨床磨削精度高 ， 属于精密机床n 】 ， 虽然对 环境要求不如以上高精密机床那么严格， 但是对地基 和温度的要求也很高。基于上述经验， 对精密机床轧 辊磨床的机床基础进行了改进设计， 提出了对温度变 化的要求 ， 并对地基结构做了主动隔振设计⋯。 2 ． 1 安装环境要求 温度变化也是影响轧辊磨床的磨削精度的重要 因素之一， 对轧辊磨床温度变化要求每小时温度变化 小于 1 ℃， 每小时湿度变化小于 1 0 ％， 所以轧辊磨床 的工作环境应在干燥 的室内， 无热源及阳光直射 的地 方。同时振动对机床精度影响更重要 ， 远超温度和湿 度对机床的影响， 建造机床基础时要远离振源、 厂房 立柱与基础边缘距离不小于 1 ． 5 m。机床基础为独立 基础 ， 不能与其它基础相接或重叠。轧辊磨床基础应 采取一定 的隔振措施 ， 减少外界振动源所产生的振动 对机床的干扰。 2 ． 2隔振基础的结构设计 l 弹性树 脂砂 石 2 ．细 砂石 3 ． 1 0 r m n 大小河流石 4 ．3 0 mm大小河流石 6 ． 5 0 r a m大小河流石 6 ． 水 泥基 础 7 ． 基础外 围 8 ． 防振沟 9 ． 地脚螺栓 1 0 ．调 整垫铁 1 1 ．机 床 图 1 轧辊磨床的隔振基础 由于机床的基础承受机床的全部载荷， 机床基础 要具有足够的强度、 刚度和稳定性， 并以此保证机床 良好运转 ， 提高机床的精度和寿命 。 为保证机床 收稿 日期 2 0 1 1 0 5 2 3 作者简介 李海珍 1 9 7 1 一 ， 女， 甘肃天水人， 工程师， 主要从事专业领域数控、 精密机床设计制造工作。 7 7 设计与制值 机械研究与应用 磨削精度， 机床基础必须采用一些防振措施， 重新改 进设计后的机床基础， 如图 l 所示。 整个机床 1 l由调整垫铁 1 O支承于机床基础 6 上 ， 并通过埋在基础 内的地脚螺栓 9将机床固定。7 是用水泥浇注的机 床基础 ， 承载机床 的所有负荷 ， 并 具有一定的吸振作用。为了消除周围环境振源对机 床的振动影响 ， 机床的基础 7四周挖有 2 0 0 ram宽 的 防振沟 8 ， 起隔断四周振动的传播， 有效的防止四周 外围的振动对机床的影响。机床基础底部铺有不同 的防振层， 图1 中 l 是一层树脂砂， 2是一层细砂石， 3是一层约 1 0 ra m左右的小河流石 ， 4是一层约 3 0 m m 左右 比较大的河流石 ， 5是一层约 5 0 m m左右大小的 河流石。由于树脂砂， 砂石及不同大小的河流石比机 床的基础松散， 松散材料比密实材料对能量的吸收系 数大， 当振动波通过这种防振层时， 很容易被吸收， 通 隔振层起到很好的消振作用。隔振后的基础垂直刚 度和水平刚度与原地基刚度不同， 隔振基础固有频率 比原地基固有频率降低 J 。对于隔振层的材料在实 际使用过程 中经过多种方法尝试 ， 采用不同规格标号 水泥来做防振层 ， 或填废煤渣、 橡胶 、 泡沫乳胶、 软木 等材料， 多次使用结果证明， 采用本次改进设计后的 结构和填充材料减振效果最好。由于轧辊磨床具有 机床及工件重量超过 1 0 0 t 的特点， 用其他常用隔振 材料如橡胶、 泡沫乳胶、 软木等天长 日 久易于密实， 密 实后起不到隔振效果。这五层不同材料的隔振层更 适合于轧辊磨床， 实施简单方便， 材料成本最低。 2 ． 3隔振基础的实施 机床基础施工时按图1 所示， 先在机床基础四周 开挖 2 0 0 m m宽的防振沟 ， 其次再从下 至上铺 五层不 同防振层 ， 铺完这几层防振层后再做水泥混凝土机床 基础。等机床基础做好后 ， 机床 l 1的床身底部及调 整垫铁 1 0表面污垢 除掉 ， 垫铁活动部位涂上防锈油 脂， 然后吊装机床， 将机床落在调整垫铁上， 并通过地 脚螺栓9紧固机床于基础上， 机床安装就位。 2 ． 4 隔振基础的特点 轧辊磨床的隔振基础的特点为 ①机床四周开挖 防振沟， 隔断四周外部振源振动对机床磨削精度的影 响； ②机床基础底部铺有五层不同材料的防振层， 最 底层为弹性树脂砂， 上面再铺一层细砂石， 再上面铺 三层大小不同的河流石 ， 这五层 不同材料 的防振层 可有效消减和隔离外界振源的影响并增加机床系统 的刚度。 3 结语 该结构简单实用 、 容易实施 ， 已成功获得 国家实 用新型专利。可广泛应用于轧辊磨床的机床基础的 设计， 能很好的消振和隔离外界振源对机床精度的影 响， 提高轧辊磨床的磨削精度。 参考文献 [ 1 ] s ． A ． 托贝斯． 机床振动学[ M ] ． 北京 机械工业出版社 ， 1 9 7 7 ． [ 2 ] 机床设计编写组． 机床设计手册第三册[ M] ． 北京 机械工业出 版社 ， 1 9 8 6 ． 上接第7 6页 表 6 改进后近点采样结构各单元的最小应 力／ MP a 经过改进后， 二节臂的结构在进行远近点采样时 强度上是安全稳定的。 5 采样设备的破冰能力 采样设备的破冰能力如表7 所示。 表 7 采样头在进行远、 近点采样时的破冰能力／ k g 远点采样 近点采样 7 8 由表 7可以看出， 采样头在进行远 、 近点采样时 的破冰能力由A N S Y S 计算的数据显示远点采样时折 合为 l 1 2 1 ． 9 k g ， 近点采样时折合为 1 5 1 2 ． 3 k g ， 二者的 破冰能力均在 l t 以上 ， 满足设计预期的要求 。 6 结论 与建议 从上述分析中可以发现 ， 一节臂的结构总体受力 强度不大， 其强度裕度较大， 建议在材料选择由1 6 M n 改为 Q 2 3 5 A； 对二节臂的结构截面 B B进行改进后 ， 使采样设备均能满足远点采样和近点采样时的强度 要求 ； 采样头的破冰能力和在进行采样时的整体抵抗 变形的能力也均能满足设计预期。 参考文献 [ 1 ] 杨军平， 贺成柱， 张剑琴． 悬臂式采制样运动控制系统 的设计 [ J ] ． 机械研究与应用 ， 2 0 0 7 ， 2 0 5 1 0 9 1 1 0 ． [ 2 ] 任重． A N S Y S实用分析教程[ M] ． 北京 北京大学 出版社 ， 2 o o 3． [ 3 ] 孙训方， 方孝淑。 关来泰． 材料力学 下册 [ M] ． 北京 高等教育 出版社 ． 2 0 0 2 ．