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共振现象对机床加工精度的影响以及如何减少共振的发生

【摘要】:
在设计数控机床结构时,必须要考虑机床实际工作中可能出现的种种状况对于加工精度造成的影响。这些状况在机床处于静止状态时往往容易被人忽略。我们今天要介绍一下共振现象对机床的影响,以及如何尽量避免这一现象的发生。

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。

 

如何减少共振的发生

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。