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数控机床工作中的共振现象

点击次数:160  发布时间:2019-05-20
 什么是共振现象

共振是一种常见的物理现象。振动的物体,每秒钟完成全振动的次数称为这种振动的频率,单位是赫兹。振动又分为自由振动(无周期性驱动力)和受迫振动(有周期性驱动力)两种类型。

 

物体发生无周期性驱动力的自由振动时,振动的频率是由自身的质量、几何形状、材质等因素决定的,这种振动的频率称为物体的自激振动频率。一般情况下,对同一物体而言是一个固定值。而物体在外加的周期性驱动力下做受迫振动时,振动频率就不再按照自激振动频率了,而是与驱动力的频率相同。当受迫振动中,物体受到周期性驱动力的频率与物体自身的自激振动频率相同时,将会发生共振现象,这种情况导致的结果是使物体的振动幅度远远大于非共振状态。

 

共振现象对机床加工精度的影响

发生共振现象由于导致振动幅度加大,因此对机床的加工质量有很大的影响。

 

首先,共振造成的振幅过大会改变刀具和工件的正常运动轨迹,引起二者之间相对位置发生偏移。这样不仅降低了加工表面的质量和尺寸精度,使工件表面粗糙程度增加,甚至出现振动波纹,同时,由于刀具的正常切削条件被打破,也会导致刀具磨损加快,使用寿命减少。

 

其次,被破坏的不只是刀具。由于振幅过大导致机床各零部件之间发生松动和异常磨损,因此大大减少了机床整体的加工精度、工作效率和使用寿命。

 

最后,振幅过大还会带来大量不必要的噪声,对生产环境造成噪声污染,影响操作工人的工作专注度,危害他们的身心健康。

 

如何减少共振发生

以铣床为例,研究发现,铣床在切削作业中,自激振动频率通常在35赫兹到55赫兹之间,即每秒完成35到55次全振动;而受迫振动的驱动力频率通常在26赫兹到66赫兹之间。由此可见,铣床通常的自激振动频率恰在受迫振动驱动力频率区间之内,导致共振现象时候发生。要想避免出现共振现象,就要使机床的自激振动频率离开驱动力频率这个区间,使其高于66赫兹或低于26赫兹。这必须通过改变机床设计结构和材料来实现。

 

再比如,机床在进行大件焊接时,焊接结构一般都属于薄壁机构,这也是一种容易发生共振的结构。为增加板壁的自激振动频率,以避免共振,就应该对薄壁加装加强肋结构,肋条应该选择质量轻、刚度大的材料,安装时,惯性矩要大,形心矩要小。以轻型钢结构形式和波纹板做板壁加强肋效果较好。

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