数控机床工作中的共振现象
时间：2020-10-31 阅读：2710
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。
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。
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。
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。