機(jī)床零部件制造精度和尺寸穩(wěn)定性直接決定機(jī)床的精度和質(zhì)量。為了確保工件尺寸精度和尺寸穩(wěn)定性，機(jī)床零部件必須采用時(shí)效工藝消除工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力，按工藝標(biāo)準(zhǔn)要求還需在粗加工后進(jìn)行“二次時(shí)效”，目前時(shí)效工藝以熱時(shí)效為主，自然時(shí)效和亞共振時(shí)效為輔。

 

一、機(jī)床行業(yè)時(shí)效存在的問題

(1)傳統(tǒng)熱時(shí)效工藝能耗高、成本高、污染環(huán)境。且易產(chǎn)生新的熱應(yīng)力，導(dǎo)致時(shí)效處理效果不好。同時(shí)熱時(shí)效會(huì)產(chǎn)生氧化皮，增加清理工作量。大噸位工件缺少合適的時(shí)效爐，無法進(jìn)行時(shí)效，即使找到合適的時(shí)效爐，時(shí)效成本也非常高。

 

(2)因?yàn)闊釙r(shí)效高昂的費(fèi)用，很多企業(yè)為了提高效益，在時(shí)效這一工藝環(huán)節(jié)“偷工減料”，沒有按照標(biāo)準(zhǔn)的熱時(shí)效工藝進(jìn)行。如有的企業(yè)為了提高生產(chǎn)效益，縮短熱時(shí)效工藝時(shí)間，有的企業(yè)竟然不時(shí)效而采用放置15-30天的方式來進(jìn)行處理。在某知名鑄造之鄉(xiāng)，這里的鑄造企業(yè)，對待機(jī)床鑄件的時(shí)效方式，竟然采用了“燒稻草”熏黑工件的方式來進(jìn)行，這已經(jīng)演變成純粹的時(shí)效工藝欺騙。這樣的工藝如何能保證產(chǎn)品的質(zhì)量，如何能保證機(jī)床的精度要求，如何能保證機(jī)床加工出來的零件有較高的精度。但這些做法實(shí)實(shí)在在的存在著，這一切的起因也是因?yàn)楦甙旱臒釙r(shí)效費(fèi)用，導(dǎo)致一些企業(yè)只顧眼前利益，而不管產(chǎn)品的質(zhì)量，不管企業(yè)的長期發(fā)展。

 

(3)“二次時(shí)效”的缺失：機(jī)床工件毛坯在加工后，會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力重新分布，并產(chǎn)生新的機(jī)加應(yīng)力，如果不進(jìn)行應(yīng)力消除工藝。同樣會(huì)影響到最后的機(jī)床產(chǎn)品的精度與尺寸穩(wěn)定行。但二次時(shí)效會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生新的時(shí)效費(fèi)用，會(huì)降低企業(yè)的生產(chǎn)效率，而且有的工件不能夠采用熱時(shí)效的方式來進(jìn)行二次時(shí)效。所以，很多的機(jī)床制造企業(yè)在二次時(shí)效方面是缺失的，這也是導(dǎo)致我國很多的機(jī)床制造企業(yè)，尤其是一些中小機(jī)床制造企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量不高的原因之一。

 

隨著中國制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，傳統(tǒng)的熱時(shí)效工藝，因其高昂的時(shí)效費(fèi)用，嚴(yán)重的環(huán)境污染已經(jīng)成為制約企業(yè)再發(fā)展的重要原因，而自然時(shí)效周期長、資金占用大、生產(chǎn)效率低，無法滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求。70年代引入中國的振動(dòng)時(shí)效技術(shù)，因其高達(dá)90%以上的節(jié)能效果，零排放、無污染的特征，引起了很多機(jī)床制造企業(yè)的重視，也曾經(jīng)在機(jī)床行業(yè)得到過廣泛的試用，但傳統(tǒng)的振動(dòng)時(shí)效（亞共振時(shí)效）設(shè)備因其無法逾越的技術(shù)瓶頸最終仍被企業(yè)遺棄。

 

二、傳統(tǒng)的振動(dòng)時(shí)效（亞共振時(shí)效）技術(shù)在機(jī)床行業(yè)的應(yīng)用

(1)振動(dòng)時(shí)效 (VSR)

七十年代引入中國以后首先被應(yīng)用在機(jī)床鑄件的研究上，七四年北京機(jī)床研究所正式將VSR工藝列為研究課題，開始進(jìn)行機(jī)床鑄鐵件應(yīng)用VSR工藝及設(shè)備的研究工作，經(jīng)過幾年的研究，確定了VSR的基本工藝方法，肯定了VSR效果。在“六、五”期間VSR又被列為中國38項(xiàng)重點(diǎn)攻關(guān)任務(wù)分子項(xiàng)“提高機(jī)床鑄件質(zhì)量的研究”內(nèi)容之中，由北京機(jī)床研究所負(fù)責(zé)進(jìn)行VSR工藝實(shí)用性研究。按期完成研究任務(wù)，“六、五”總鑒定，VSR工藝研究已達(dá)到了世界先進(jìn)水平。“七、五”北京機(jī)床研究所又承擔(dān)國家重點(diǎn)課題“消化吸收重大項(xiàng)目一條龍數(shù)控機(jī)床焊接構(gòu)件振動(dòng)時(shí)效工藝研究”。“七、五”后我國VSR工藝成熟、完備。VSR設(shè)備也達(dá)到世界先進(jìn)水平，基本滿足VSR工藝要求，“八、五”VSR被國家科委、機(jī)電部、國務(wù)院生產(chǎn)辦列為108項(xiàng)節(jié)能技術(shù)之一而被廣發(fā)的推廣。2001年8月中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)發(fā)布文件，正式將振動(dòng)消除應(yīng)力技術(shù)納入機(jī)床制造標(biāo)準(zhǔn)，接又將振動(dòng)消除應(yīng)力技術(shù)制修訂到鑄、鍛、焊基礎(chǔ)件以及各制造業(yè)制造標(biāo)準(zhǔn)。隨著振動(dòng)時(shí)效技術(shù)的研究深入，在上世紀(jì)末，很多的機(jī)床制造企業(yè)將振動(dòng)時(shí)效技術(shù)引入到生產(chǎn)中，并嘗試應(yīng)用到正式生產(chǎn)的應(yīng)力消除工藝中。

 

(2)傳統(tǒng)振動(dòng)時(shí)效存在的問題：

振動(dòng)時(shí)效技術(shù)雖然在高效、節(jié)能、環(huán)保等方面有著非常明顯的優(yōu)勢，但傳統(tǒng)的振動(dòng)時(shí)效設(shè)備經(jīng)雖然歷了幾十年的發(fā)展，仍然存在著無法逾越的技術(shù)瓶頸，始終無法納入正式生產(chǎn)工藝，沒有得到企業(yè)的廣泛認(rèn)可，沒有得到大規(guī)模的應(yīng)用。傳統(tǒng)的振動(dòng)時(shí)效（亞共振時(shí)效）技術(shù)存在以下的問題：

 

1）對支撐點(diǎn)、激振點(diǎn)、拾振點(diǎn)及方向有嚴(yán)格要求，需要不斷的掃頻、調(diào)整位置，所以設(shè)備操作必須是受過專業(yè)培訓(xùn)的技術(shù)人員操作，一般的工人即使受過培訓(xùn)也很難掌握這項(xiàng)技術(shù)；其次工件在單件生產(chǎn)時(shí)調(diào)整相當(dāng)繁瑣，拾振器、支撐點(diǎn)很難調(diào)到最佳狀態(tài)，一種工件就需要制訂一種工藝；這對操作者的經(jīng)驗(yàn)要求也比較高；

 

2）因?yàn)槭峭ㄟ^掃頻的方式尋找共振峰，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速是有限的，當(dāng)工件共振頻率超出激振器的頻率范圍時(shí)，通過掃描就無法找到工件共振頻率，因而無法對工件進(jìn)行有效的振動(dòng)處理。國家數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)亞共振技術(shù)可處理的工件在機(jī)械制造業(yè)覆蓋面僅為23%。

 

3）有效振型較少，振動(dòng)時(shí)效的應(yīng)力消除不穩(wěn)定，應(yīng)力的消除不能得到最佳的結(jié)果；

 

4）噪聲過大也是難以推廣的主要原因。

 

三、頻譜諧波時(shí)效技術(shù)在機(jī)床行業(yè)的應(yīng)用前景

1.什么是頻譜諧波技術(shù)

頻譜諧波技術(shù)起源于振動(dòng)時(shí)效，是由北京翔博科技有限公司憑借在振動(dòng)時(shí)效領(lǐng)域20多年的研究經(jīng)驗(yàn)，自主創(chuàng)新的發(fā)明，目前處于國際領(lǐng)先地位。但其摒棄了原有振動(dòng)時(shí)效技術(shù)攻關(guān)方向，獨(dú)辟蹊徑，從另外一個(gè)全新的角度，去詮釋振動(dòng)時(shí)效的價(jià)值。突破了原有的技術(shù)瓶頸，迎來了振動(dòng)時(shí)效應(yīng)用的一個(gè)全新時(shí)代。

 

因其獨(dú)有找頻方式與處理頻率，被稱為頻譜諧波技術(shù)。頻譜諧波技術(shù)不再沿用原有的掃頻方式，而是通過傅立葉方法對工件進(jìn)行頻譜分析找出工件的幾十種諧波頻率，在這幾十種諧波頻率中優(yōu)選出對消除工件殘余應(yīng)力效果最佳的五種不同振型的諧波頻率進(jìn)行時(shí)效處理，達(dá)到多維消除應(yīng)力提高尺寸精度穩(wěn)定性的目的。

 

頻譜諧波方式不論工件大小、頻率剛性高低、材料特性均能找出五種不同振型的諧波峰。不受激振器的轉(zhuǎn)速范圍限制，對激振點(diǎn)和拾振點(diǎn)無特殊要求，能夠處理亞共振無法處理的高剛性高固有頻率工件，能夠滿足對尺寸精度要求高的工件，振動(dòng)噪音低，在機(jī)械行業(yè)的覆蓋面接近100%。處理的轉(zhuǎn)速全部在6000RPM以下，解決了亞共振設(shè)備噪音大的問題。

 

2008年10月，以翔博頻譜諧波技術(shù)為基礎(chǔ)，翔博參與制訂的新的振動(dòng)時(shí)效標(biāo)準(zhǔn)—中華人民共和國兵器行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（WJ2696-2008）正式頒布。2009年北京翔博科技又成功的研制成功世界首臺(tái)激振力達(dá)80KN的激振器，徹底解決了高剛性、高固有頻率大噸位機(jī)床工件的處理難題。

 

2.頻譜諧波技術(shù)在機(jī)床行業(yè)的應(yīng)用案例

（1）齊齊哈爾二機(jī)床集團(tuán)有限公司

●處理工件:機(jī)床床身,立柱,滑座；

●材質(zhì):鑄鐵件

●年處理量：7萬噸

應(yīng)用現(xiàn)場實(shí)例1：

使用頻譜諧波時(shí)效前后對比

使用前：最初采用熱時(shí)效，由于時(shí)效窯老化造成爐溫不均勻等一些問題，導(dǎo)致工件仍存在因應(yīng)力消除效果不好所引起的變形質(zhì)量問題。另一方面，由于熱時(shí)效時(shí)間周期長，無法滿足批量生產(chǎn)的需要，對大型鑄件無法進(jìn)行熱時(shí)效以及高昂的時(shí)效費(fèi)用已成為制約其發(fā)展的一大阻礙。

使用后：采用翔博科技的領(lǐng)航者頻譜諧波時(shí)效專家系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理后，床身精度符合工藝要求。

●工藝流程

鑄造毛坯件—頻譜諧波時(shí)效—粗加工—頻譜諧波時(shí)效—精加工

●效果評(píng)判

與熱時(shí)效件進(jìn)行對比，達(dá)到熱時(shí)效處理效果，符合工藝要求。

●生產(chǎn)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

符合國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì)頒布的中華人民共和國兵器行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（WJ2696-2008）。每次處理5個(gè)頻率，其中至少有2個(gè)頻率的加速度值在30～70m/s范圍內(nèi)。

 

（2）成都普瑞斯數(shù)控機(jī)床有限公司

●處理工件：機(jī)床床身,導(dǎo)軌,平臺(tái)

●材質(zhì)：鑄鐵件

使用頻譜諧波時(shí)效前后對比

使用前：原來使用亞共振設(shè)備來消除機(jī)床部件的殘余應(yīng)力，現(xiàn)場處理噪音大，應(yīng)用范圍有限，對大多數(shù)工件不能有效處理甚至不能處理。

使用后：采用我公司的領(lǐng)航者頻譜諧波時(shí)效專家系統(tǒng)進(jìn)行頻譜諧波時(shí)效，成功處理了高剛性高固有頻率工件，解決了亞共振設(shè)備無法攻克的難題。

●工藝流程

鑄造毛坯件—頻譜諧波時(shí)效（消除鑄造應(yīng)力）—粗加工—頻譜諧波時(shí)效（消除加工應(yīng)力）—精加工

●效果評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

精加后測其變形量，達(dá)到工藝要求。

●生產(chǎn)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

符合國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì)頒布的中華人民共和國兵器行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（WJ2696-2008）。

每次處理5個(gè)頻率，其中至少有2個(gè)頻率的加速度值在30～70m/s范圍內(nèi)。

 

（3）天津一機(jī)機(jī)械有限公司

●處理工件：機(jī)床床身，立柱，刀庫

●年產(chǎn)量:大約5000～6000噸，70～80%的產(chǎn)品需要時(shí)效

●材質(zhì)：鑄鐵件

●重量：主要是從幾百公斤到6噸

應(yīng)用現(xiàn)場實(shí)例3：

使用頻譜諧波時(shí)效前后對比

使用前：之前主要是采用熱時(shí)效來消除鑄造應(yīng)力，以煤為燃料。熱時(shí)效對環(huán)境污染嚴(yán)重，生產(chǎn)周期長。

使用后：采用我公司領(lǐng)航者頻譜諧波時(shí)效專家系統(tǒng)，處理時(shí)間縮短為40分鐘，可直接現(xiàn)場處理，無需來回運(yùn)輸，達(dá)到其工藝要求，緩解了熱時(shí)效成本和環(huán)境污染的壓力。

●工藝流程

鑄造毛坯件—頻譜諧波時(shí)效（消除鑄造應(yīng)力）—粗加工—頻譜諧波時(shí)效（消除加工應(yīng)力）—精加工

●生產(chǎn)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

符合國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì)頒布的中華人民共和國兵器行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（WJ2696-2008）。

每次處理5個(gè)頻率，其中至少有2個(gè)頻率的加速度值在30～70m/s范圍內(nèi)。

尺寸精度穩(wěn)定性測試，主要是觀測最終變形量。

 

（4）天津三達(dá)鑄造有限公司

●處理工件：機(jī)床床身

●材質(zhì)：鑄鐵件HT250、HT300

●重量：700公斤到4噸

●年產(chǎn)量：2萬噸

應(yīng)用現(xiàn)場實(shí)例4：

●采用時(shí)效的目的

消除鑄造應(yīng)力。

使用頻譜諧波時(shí)效前后對比

使用前：之前采用熱時(shí)效來消除機(jī)床部件的鑄造應(yīng)力，采用柴油作為燃料，日均費(fèi)用6000-7000元，年時(shí)效費(fèi)用高達(dá)200多萬元。并且由于爐溫的不均勻會(huì)產(chǎn)生新的熱應(yīng)力，鑄件仍然存在應(yīng)力引起變形的質(zhì)量問題。

使用后：采用翔博科技的領(lǐng)航者頻譜諧波時(shí)效專家系統(tǒng)，經(jīng)振動(dòng)時(shí)效處理后的工件尺寸精度穩(wěn)定性和抗變形能力都保持得非常好。無廢氣排放，節(jié)約年時(shí)效費(fèi)用達(dá)200多萬元。

●工藝流程

機(jī)床床身毛坯件—頻譜諧波時(shí)效（消除鑄造應(yīng)力）

●效果評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

符合國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì)頒布的中華人民共和國兵器行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（WJ2696-2008）。

每次處理5個(gè)頻率，其中至少有2個(gè)頻率的加速度值在30～70m/s范圍內(nèi)。

使用頻譜諧波時(shí)效前后對比

使用前：最初采用熱時(shí)效，由于時(shí)效窯老化造成爐溫不均勻等一些問題，導(dǎo)致工件仍存在因應(yīng)力消除效果不好所引起的變形質(zhì)量問題。另一方面，由于熱時(shí)效時(shí)間周期長，無法滿足批量生產(chǎn)的需要，對大型鑄件無法進(jìn)行熱時(shí)效以及高昂的時(shí)效費(fèi)用已成為制約其發(fā)展的一大阻礙。

使用后：采用翔博科技的領(lǐng)航者頻譜諧波時(shí)效專家系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理后，床身精度符合工藝要求。

●工藝流程

鑄造毛坯件—頻譜諧波時(shí)效效果評(píng)判

與熱時(shí)效件進(jìn)行對比，達(dá)到熱時(shí)效處理效果，符合工藝要求。

●生產(chǎn)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

符合國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì)頒布的中華人民共和國兵器行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（WJ2696-2008）。

每次處理5個(gè)頻率，其中至少有2個(gè)頻率的加速度值在～70m/s范圍內(nèi)。

3.頻譜諧波技術(shù)在機(jī)床行業(yè)的應(yīng)用前景

隨著國家政府、企業(yè)對節(jié)能減排的重視程度越來越高，傳統(tǒng)的熱時(shí)效技術(shù)最終會(huì)被淘汰，而中國的機(jī)床制造業(yè)需要提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高機(jī)床精度，必須嚴(yán)格執(zhí)行時(shí)效處理工藝。而頻譜諧波時(shí)效技術(shù)即具備振動(dòng)時(shí)效技術(shù)所特有的高效節(jié)能特點(diǎn)，又能夠達(dá)到甚至超過傳統(tǒng)熱時(shí)效的處理效果。最終其會(huì)成為機(jī)床行業(yè)普遍采用的新型節(jié)能減排先進(jìn)技術(shù)。