機床零部件制造精度和尺寸穩定性直接決定機床的精度和質量。為了確保工件尺寸精度和尺寸穩定性，機床零部件必須采用時效工藝消除工件內部的殘余應力，按工藝標準要求還需在粗加工后進行“二次時效”，目前時效工藝以熱時效為主，自然時效和亞共振時效為輔。

 

一、機床行業時效存在的問題

(1)傳統熱時效工藝能耗高、成本高、污染環境。且易產生新的熱應力，導致時效處理效果不好。同時熱時效會產生氧化皮，增加清理工作量。大噸位工件缺少合適的時效爐，無法進行時效，即使找到合適的時效爐，時效成本也非常高。

 

(2)因為熱時效高昂的費用，很多企業為了提高效益，在時效這一工藝環節“偷工減料”，沒有按照標準的熱時效工藝進行。如有的企業為了提高生產效益，縮短熱時效工藝時間，有的企業竟然不時效而采用放置15-30天的方式來進行處理。在某知名鑄造之鄉，這里的鑄造企業，對待機床鑄件的時效方式，竟然采用了“燒稻草”熏黑工件的方式來進行，這已經演變成純粹的時效工藝欺騙。這樣的工藝如何能保證產品的質量，如何能保證機床的精度要求，如何能保證機床加工出來的零件有較高的精度。但這些做法實實在在的存在著，這一切的起因也是因為高昂的熱時效費用，導致一些企業只顧眼前利益，而不管產品的質量，不管企業的長期發展。

 

(3)“二次時效”的缺失：機床工件毛坯在加工后，會導致應力重新分布，并產生新的機加應力，如果不進行應力消除工藝。同樣會影響到最后的機床產品的精度與尺寸穩定行。但二次時效會導致產生新的時效費用，會降低企業的生產效率，而且有的工件不能夠采用熱時效的方式來進行二次時效。所以，很多的機床制造企業在二次時效方面是缺失的，這也是導致我國很多的機床制造企業，尤其是一些中小機床制造企業產品質量不高的原因之一。

 

隨著中國制造業的蓬勃發展，傳統的熱時效工藝，因其高昂的時效費用，嚴重的環境污染已經成為制約企業再發展的重要原因，而自然時效周期長、資金占用大、生產效率低，無法滿足現代化生產的要求。70年代引入中國的振動時效技術，因其高達90%以上的節能效果，零排放、無污染的特征，引起了很多機床制造企業的重視，也曾經在機床行業得到過廣泛的試用，但傳統的振動時效（亞共振時效）設備因其無法逾越的技術瓶頸最終仍被企業遺棄。

 

二、傳統的振動時效（亞共振時效）技術在機床行業的應用

(1)振動時效 (VSR)

七十年代引入中國以后首先被應用在機床鑄件的研究上，七四年北京機床研究所正式將VSR工藝列為研究課題，開始進行機床鑄鐵件應用VSR工藝及設備的研究工作，經過幾年的研究，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項重點攻關任務分子項“提高機床鑄件質量的研究”內容之中，由北京機床研究所負責進行VSR工藝實用性研究。按期完成研究任務，“六、五”總鑒定，VSR工藝研究已達到了世界先進水平。“七、五”北京機床研究所又承擔國家重點課題“消化吸收重大項目一條龍數控機床焊接構件振動時效工藝研究”。“七、五”后我國VSR工藝成熟、完備。VSR設備也達到世界先進水平，基本滿足VSR工藝要求，“八、五”VSR被國家科委、機電部、國務院生產辦列為108項節能技術之一而被廣發的推廣。2001年8月中國機械工業聯合會發布文件，正式將振動消除應力技術納入機床制造標準，接又將振動消除應力技術制修訂到鑄、鍛、焊基礎件以及各制造業制造標準。隨著振動時效技術的研究深入，在上世紀末，很多的機床制造企業將振動時效技術引入到生產中，并嘗試應用到正式生產的應力消除工藝中。

 

(2)傳統振動時效存在的問題：

振動時效技術雖然在高效、節能、環保等方面有著非常明顯的優勢，但傳統的振動時效設備經雖然歷了幾十年的發展，仍然存在著無法逾越的技術瓶頸，始終無法納入正式生產工藝，沒有得到企業的廣泛認可，沒有得到大規模的應用。傳統的振動時效（亞共振時效）技術存在以下的問題：

 

1）對支撐點、激振點、拾振點及方向有嚴格要求，需要不斷的掃頻、調整位置，所以設備操作必須是受過專業培訓的技術人員操作，一般的工人即使受過培訓也很難掌握這項技術；其次工件在單件生產時調整相當繁瑣，拾振器、支撐點很難調到最佳狀態，一種工件就需要制訂一種工藝；這對操作者的經驗要求也比較高；

 

2）因為是通過掃頻的方式尋找共振峰，而電機的轉速是有限的，當工件共振頻率超出激振器的頻率范圍時，通過掃描就無法找到工件共振頻率，因而無法對工件進行有效的振動處理。國家數據統計亞共振技術可處理的工件在機械制造業覆蓋面僅為23%。

 

3）有效振型較少，振動時效的應力消除不穩定，應力的消除不能得到最佳的結果；

 

4）噪聲過大也是難以推廣的主要原因。

 

三、頻譜諧波時效技術在機床行業的應用前景

1.什么是頻譜諧波技術

頻譜諧波技術起源于振動時效，是由北京翔博科技有限公司憑借在振動時效領域20多年的研究經驗，自主創新的發明，目前處于國際領先地位。但其摒棄了原有振動時效技術攻關方向，獨辟蹊徑，從另外一個全新的角度，去詮釋振動時效的價值。突破了原有的技術瓶頸，迎來了振動時效應用的一個全新時代。

 

因其獨有找頻方式與處理頻率，被稱為頻譜諧波技術。頻譜諧波技術不再沿用原有的掃頻方式，而是通過傅立葉方法對工件進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選出對消除工件殘余應力效果最佳的五種不同振型的諧波頻率進行時效處理，達到多維消除應力提高尺寸精度穩定性的目的。

 

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。不受激振器的轉速范圍限制，對激振點和拾振點無特殊要求，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，振動噪音低，在機械行業的覆蓋面接近100%。處理的轉速全部在6000RPM以下，解決了亞共振設備噪音大的問題。

 

2008年10月，以翔博頻譜諧波技術為基礎，翔博參與制訂的新的振動時效標準—中華人民共和國兵器行業標準（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激振力達80KN的激振器，徹底解決了高剛性、高固有頻率大噸位機床工件的處理難題。

 

2.頻譜諧波技術在機床行業的應用案例

（1）齊齊哈爾二機床集團有限公司

●處理工件:機床床身,立柱,滑座；

●材質:鑄鐵件

●年處理量：7萬噸

應用現場實例1：

使用頻譜諧波時效前后對比

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

使用后：采用翔博科技的領航者頻譜諧波時效專家系統進行振動時效處理后，床身精度符合工藝要求。

●工藝流程

鑄造毛坯件—頻譜諧波時效—粗加工—頻譜諧波時效—精加工

●效果評判

與熱時效件進行對比，達到熱時效處理效果，符合工藝要求。

●生產驗收標準

符合國防科學技術工業委員會頒布的中華人民共和國兵器行業標準（WJ2696-2008）。每次處理5個頻率，其中至少有2個頻率的加速度值在30～70m/s范圍內。

 

（2）成都普瑞斯數控機床有限公司

●處理工件：機床床身,導軌,平臺

●材質：鑄鐵件

使用頻譜諧波時效前后對比

使用前：原來使用亞共振設備來消除機床部件的殘余應力，現場處理噪音大，應用范圍有限，對大多數工件不能有效處理甚至不能處理。

使用后：采用我公司的領航者頻譜諧波時效專家系統進行頻譜諧波時效，成功處理了高剛性高固有頻率工件，解決了亞共振設備無法攻克的難題。

●工藝流程

鑄造毛坯件—頻譜諧波時效（消除鑄造應力）—粗加工—頻譜諧波時效（消除加工應力）—精加工

●效果評判標準

精加后測其變形量，達到工藝要求。

●生產驗收標準

符合國防科學技術工業委員會頒布的中華人民共和國兵器行業標準（WJ2696-2008）。

每次處理5個頻率，其中至少有2個頻率的加速度值在30～70m/s范圍內。

 

（3）天津一機機械有限公司

●處理工件：機床床身，立柱，刀庫

●年產量:大約5000～6000噸，70～80%的產品需要時效

●材質：鑄鐵件

●重量：主要是從幾百公斤到6噸

應用現場實例3：

使用頻譜諧波時效前后對比

使用前：之前主要是采用熱時效來消除鑄造應力，以煤為燃料。熱時效對環境污染嚴重，生產周期長。

使用后：采用我公司領航者頻譜諧波時效專家系統，處理時間縮短為40分鐘，可直接現場處理，無需來回運輸，達到其工藝要求，緩解了熱時效成本和環境污染的壓力。

●工藝流程

鑄造毛坯件—頻譜諧波時效（消除鑄造應力）—粗加工—頻譜諧波時效（消除加工應力）—精加工

●生產驗收標準

符合國防科學技術工業委員會頒布的中華人民共和國兵器行業標準（WJ2696-2008）。

每次處理5個頻率，其中至少有2個頻率的加速度值在30～70m/s范圍內。

尺寸精度穩定性測試，主要是觀測最終變形量。

 

（4）天津三達鑄造有限公司

●處理工件：機床床身

●材質：鑄鐵件HT250、HT300

●重量：700公斤到4噸

●年產量：2萬噸

應用現場實例4：

●采用時效的目的

消除鑄造應力。

使用頻譜諧波時效前后對比

使用前：之前采用熱時效來消除機床部件的鑄造應力，采用柴油作為燃料，日均費用6000-7000元，年時效費用高達200多萬元。并且由于爐溫的不均勻會產生新的熱應力，鑄件仍然存在應力引起變形的質量問題。

使用后：采用翔博科技的領航者頻譜諧波時效專家系統，經振動時效處理后的工件尺寸精度穩定性和抗變形能力都保持得非常好。無廢氣排放，節約年時效費用達200多萬元。

●工藝流程

機床床身毛坯件—頻譜諧波時效（消除鑄造應力）

●效果評判標準

符合國防科學技術工業委員會頒布的中華人民共和國兵器行業標準（WJ2696-2008）。

每次處理5個頻率，其中至少有2個頻率的加速度值在30～70m/s范圍內。

使用頻譜諧波時效前后對比

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

使用后：采用翔博科技的領航者頻譜諧波時效專家系統進行振動時效處理后，床身精度符合工藝要求。

●工藝流程

鑄造毛坯件—頻譜諧波時效效果評判

與熱時效件進行對比，達到熱時效處理效果，符合工藝要求。

●生產驗收標準

符合國防科學技術工業委員會頒布的中華人民共和國兵器行業標準（WJ2696-2008）。

每次處理5個頻率，其中至少有2個頻率的加速度值在～70m/s范圍內。

3.頻譜諧波技術在機床行業的應用前景

隨著國家政府、企業對節能減排的重視程度越來越高，傳統的熱時效技術最終會被淘汰，而中國的機床制造業需要提高產品質量，提高機床精度，必須嚴格執行時效處理工藝。而頻譜諧波時效技術即具備振動時效技術所特有的高效節能特點，又能夠達到甚至超過傳統熱時效的處理效果。最終其會成為機床行業普遍采用的新型節能減排先進技術。