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数控机 床工作中的共振现象

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数控机 床工作中的共振现象

发布日期:2018-09-25 作者:台州朗 冠机床有限公司 点击:

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。我们生 活中也有很多共振现象的实例。例如,1831年,一队英 国士兵在通过曼彻思特附近的布劳顿吊桥时,吊桥发生了倒塌;无独有偶,1849年,一对法 国军队在通过昂热市曼恩河上一座大桥时,也发生了同样的悲剧。物理研究表明,这两座 大桥都是因为士兵们整齐划一的脚步频率引发了共振才倒塌的。因此,今天,世界上 任何一个国家的任何一只部队,无论军纪有多么严格,在通过桥梁的时候,指挥官 都会下令将齐步走改为散步走,以打乱脚步频率,避免桥梁共振坍塌。


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最好。

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