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數控機床工作中的共振現象

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數控機床工作中的共振現象

發布日期:2018-09-25 作者:臺州朗冠機床有限公司 點擊:

什么是共振現象

       共振是一種常見的物理現象。振動的物體,每秒鐘完成全振動的次數稱為這種振動的頻率,單位是赫茲。振動又分為自由振動(無周期性驅動力)和受迫振動(有周期性驅動力)兩種類型。物體發生無周期性驅動力的自由振動時,振動的頻率是由自身的質量、幾何形狀、材質等因素決定的,這種振動的頻率稱為物體的自激振動頻率。一般情況下,對同一物體而言是一個固定值。而物體在外加的周期性驅動力下做受迫振動時,振動頻率就不再按照自激振動頻率了,而是與驅動力的頻率相同。當受迫振動中,物體受到周期性驅動力的頻率與物體自身的自激振動頻率相同時,將會發生共振現象,這種情況導致的結果是使物體的振動幅度遠遠大于非共振狀態。我們生活中也有很多共振現象的實例。例如,1831年,一隊英國士兵在通過曼徹思特附近的布勞頓吊橋時,吊橋發生了倒塌;無獨有偶,1849年,一對法國軍隊在通過昂熱市曼恩河上一座大橋時,也發生了同樣的悲劇。物理研究表明,這兩座大橋都是因為士兵們整齊劃一的腳步頻率引發了共振才倒塌的。因此,今天,世界上任何一個國家的任何一只部隊,無論軍紀有多么嚴格,在通過橋梁的時候,指揮官都會下令將齊步走改為散步走,以打亂腳步頻率,避免橋梁共振坍塌。


共振現象對機床加工精度的影響

       發生共振現象由于導致振動幅度加大,因此對機床的加工質量有很大的影響。首先,共振造成的振幅過大會改變刀具和工件的正常運動軌跡,引起二者之間相對位置發生偏移。這樣不僅降低了加工表面的質量和尺寸精度,使工件表面粗糙程度增加,甚至出現振動波紋,同時,由于刀具的正常切削條件被打破,也會導致刀具磨損加快,使用壽命減少。其次,被破壞的不只是刀具。由于振幅過大導致機床各零部件之間發生松動和異常磨損,因此大大減少了機床整體的加工精度、工作效率和使用壽命。最后,振幅過大還會帶來大量不必要的噪聲,對生產環境造成噪聲污染,影響操作工人的工作專注度,危害他們的身心健康。


如何減少共振發生

       以銑床為例,研究發現,銑床在切削作業中,自激振動頻率通常在35赫茲到55赫茲之間,即每秒完成35到55次全振動;而受迫振動的驅動力頻率通常在26赫茲到66赫茲之間。由此可見,銑床通常的自激振動頻率恰在受迫振動驅動力頻率區間之內,導致共振現象時候發生。要想避免出現共振現象,就要使機床的自激振動頻率離開驅動力頻率這個區間,使其高于66赫茲或低于26赫茲。這必須通過改變機床設計結構和材料來實現。再比如,機床在進行大件焊接時,焊接結構一般都屬于薄壁機構,這也是一種容易發生共振的結構。為增加板壁的自激振動頻率,以避免共振,就應該對薄壁加裝加強肋結構,肋條應該選擇質量輕、剛度大的材料,安裝時,慣性矩要大,形心矩要小。以輕型鋼結構形式和波紋板做板壁加強肋效果最好。

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