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1、(10)申请公布号 CN 102294617 A (43)申请公布日 2011.12.28 CN 102294617 A *CN102294617A* (21)申请号 201110221583.7 (22)申请日 2011.08.04 B23Q 11/00(2006.01) (71)申请人 中国科学院过程工程研究所 地址 100190 北京市海淀区中关村北二条 1 号 申请人 唐山市三川钢铁机械制造有限公司 北京科技大学 中国科学院唐山高新技术研究与转 化中心 (72)发明人 肖望强 段东平 边贺川 李威 邓乐 (74)专利代理机构 北京法思腾知识产权代理有 限公司 11318 代理人 杨小蓉。
2、 高宇 (54) 发明名称 一种颗粒阻尼减振机床 (57) 摘要 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。
3、了 金属材料， 降低了制造成本， 并起到节能减排的作 用。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 5 页 CN 102294619 A1/1 页 2 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。
4、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。
5、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。 权 利 要 求 书。
6、 CN 102294617 A CN 102294619 A1/4 页 3 一种颗粒阻尼减振机床 技术领域 0001 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 0002 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 ： 0003 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。
7、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。 0004 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。 0005 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。 0006 4) 机。
8、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。 0007 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。 0008 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。
9、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 0009 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。 0010 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。 0011 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。
10、， 空腔内填充阻尼颗粒。 说 明 书 CN 102294617 A CN 102294619 A2/4 页 4 0012 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。 0013 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。
11、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。 0014 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 )。 0015 作为上述方案的再一改进。
12、， 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。 0016 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。 0017 在本发明中由于阻尼颗粒是通。
13、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。 0018 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。
14、 本， 并起到节能减排的作用。 附图说明 0019 图 1 为大型动梁动柱 416 米龙门铣床颗粒阻尼床身结构示意图 ； 0020 图 2 为大型动梁动柱 416 米龙门铣床颗粒阻尼床身沿 A-A 截面结构示意图 ； 0021 图 3 为大型动梁动柱 416 米龙门铣床颗粒阻尼顶梁结构示意图 ； 0022 图 4 为大型动梁动柱 416 米龙门铣床颗粒阻尼顶梁沿 B-B 截面结构示意图 ； 0023 图 5 为大型动梁动柱 416 米龙门铣床颗粒阻尼立柱结构示意图 ； 0024 图 6 为大型动梁动柱 416 米龙门铣床颗粒阻尼立柱沿 B-B 截面结构示意图 ； 0025 图 7 为大型动梁动。
15、柱 416 米龙门铣床总结构图示意图。 0026 附图标识 说 明 书 CN 102294617 A CN 102294619 A3/4 页 5 0027 1、 机床床身 2、 空腔 3、 阻尼颗粒 0028 4、 机床顶梁 5、 机床立柱 6、 机床加强梁 0029 7、 机床横梁 具体实施方式 0030 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。 0031 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。 0032 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。
16、位置， 空腔内填充阻尼颗粒 3。 0033 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。 0034 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。
17、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。 0035 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 )。 0036 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。
18、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8590； 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。 0037 实施例 1 0038 在大型动梁动柱 416 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。
19、 0.8M/h2mm 3.5M/h2mm 混合级配颗粒， 填充率 90。 0039 实施例 2 在大型动梁动柱 416 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。 0040 实施例 3 0041 在大型动梁动柱 416 米龙门。
20、铣床颗粒阻尼立柱结构中， 颗粒阻尼减振立柱 5 由 说 明 书 CN 102294617 A CN 102294619 A4/4 页 6 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。 0042 在大型动梁动柱 416 米龙门铣床床身 1、 机床横梁 7、 机床立柱 5、。
21、 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。 说 明 书 CN 102294617 A CN 102294619 A1/5 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102294617 A CN 102294619 A2/5 页 8 图 3 说 明 书 附 图 CN 102294617 A CN 102294619 A3/5 页 9 图 4 说 明 书 附 图 CN 102294617 A CN 102294619 A4/5 页 10 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 102294617 A CN 102294619 A5/5 页 11 图 7 说 明 书 附 图 CN 102294617 A 。