数控磨床振动试验研究.pdf

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第6期(总第181期)
机械工程与自动化
2013年12月
MECHANICAL ENGINEERING &. AUTOMATION
文章编号:1672-6413(2013)06-0117-03
数控磨床振动试验硏究
邱波
无锡机床股份有限公司技术中心,江苏无锡214061)
摘要:数控磨床在磨削时产生的振动会影响加工工件的表面质量及圆度,并产生振纹。因此,对磨床系统的
振动研究是很必要的。寻找振动源并获取减小振动的方法,是研究磨床振动的最终目标。通过高性能计算机
及其采集、分析软件的应用,为研究振动提供了可靠的手段
关键词:振动;频谱图;瀑布图;数控磨床
中图分类号:TG596文献标识码
0引言
机等主要回转体经过动平衡后,其绝对振动的幅值会
在工业生产中,由于磨床零件和部件制造加工精很小而不足以影响精度,可以不必考虑空运转的绝对
度不符合设计要求、回转体本身的不平衡、液压系统中振动。但由于磨床的精密性,其刀具为磨削砂轮,而砂
油液的波动、周期切削力等引起磨床结构系统的强迫轮存在一个动态平衡问题,该因素对磨床振动是非常
振动,其激起的磨床部件之间的相对振动幅值将影响敏感的。此外,空运转绝对振动的频谱分析有助于分
加工工件的精度,如圆度、表面粗糙度等。磨床系统的析引起振动的原因.
绝对振动幅值通常是大于砂轮和工件之间的相对振幅2.1整机空运转试验
的,虽然这不会严重影响加工精度,但是当绝对振幅较
整机空运转的试验目的是为了弄清机床内部存在
大时,会引起用户的不安,产生不安全感,从而影响磨的强迫振动振源的状况,即强迫振动的振源可能在哪
床的销售。因此,磨床振动的研究应该建立在对实际些环节,它们对加工表面振纹的影响是怎样的。首先,
磨床进行试验和测量的基础上,发现其中的振动特征,分别开动机床上各电机,测量工件与砂轮之间的相对
找出规律,为机床优化设计提供依据
振动和各部件的绝对振动的振动幅值,拾取幅频曲线。
本公司进行磨床振动试验主要有两方面的目的
如图1所示,当机床振动系统在一倍频64Hx处
①拾取振动幅频谱图,以便于进行频谱分析;②获取机出现最大振动峰值68.6×10-6m/s时,一定是由于磨
床振动瀑布图,分析磨头主轴最佳磨削转速。
床砂轮旋转不平衡的惯性力和机械传动过程中的干扰
1试验设备的选用
力所引起。在早期的机床振动研究中,振幅值一般选
本公司使用的振动试验设备是比利时LMS公司取位移值,单位为gm,这样虽然比较直观,但不能正
生产的Test.Lab振动噪声测量分析系统,其中,确反映机床振动的激烈程度。通常在做试验时,我们
Spectral Testing是专门设计用来进行振动谱分析的更关心机床振动的激烈程度,即机床振动烈度,该参数
软件模块, Signature Testing信号特征测试分析模块能够完全反映出机床振动的状态。振动烈度的单位为
可以实时监控、采集所有转速下的频谱曲线,配上丹麦m/s,是一个速度单位。虽然通过数学微积分,用软件
BK公司的速度传感器及转速信号传感器,使得试验的方法可以在各单位之间转换,但经过实际检验,软件
效率大幅提高。
计算方法产生的误差远远大于硬件计算方法,因此,现
2试验方法及谱分析
代振动试验中通常选用速度传感器就是这个原因。
磨床振动试验主要有两项内容:①空运转振动试2.2切削试验
验;②机床磨削状态振动试验。普通机床的主轴、电动
切削试验是检查机床实际工作的性能,此时强迫
收稿日期:2013-04-23;修回日期:2013-06-23
作者简介:邱波(1978-),男,江苏无锡人,工.程师,本科。
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机械エ程与自动化
2013年第6期
振动与自激振动同时存在,因此,要从这两个方面进行给地基;被动隔振是防止振动由地基传给机床。主动
试验分析:①对于强迫振动,可以根据加工表面的振痕隔振其力学模型相当于直接激振
频率分析机床中的振源,也可以采用不同的切削条件
设振动产生的位移为:
来改变激振力大小以测定机床的抗振能力;②对于自
x=Acos(wt-9)
激振动,可以测出自激振动的频率,并可以求出开始起其中:A为振幅,A≈
,F为系统
振时的临界磨削参数。
k√(1ー))2+(2x)
6.9×10
86×10
受力,k为等效刚度系数,入为频率比,入=“,0为固
有角频率,の=V,0为角频率,m为质量,为系统
w·
阻尼比,g=
,c为阻尼系数;9为相位
772
8.9×10-5?
自动拾取方向
84,0d
1900
频率/Hz
520.00
1500?
图1磨头X方向振动谱图
2.2.1受迫振动振源分析
100?
工件表面的振纹频率f(Hz)为:
500
n
300
60
其中:x为振纹数目;n为工件转速
频率/z
根据圆度仪测得的振纹数目可以计算出振纹频
图2磨头X方向振动瀑布昭
率,该振纹频率与实际磨削时测得的最大振幅值所对
12×10~5
应的频率是一致的。此频率也出现在空运转状态的幅
频谱图上。
2.2.2自激振动频率的判断
麾削时两类振动同时存在,为求自振频率,应减少
t462
强迫振动的干扰。自激振动的产生一般是根据特有的
040080012001600
噪声、振幅的剧烈上升和工件表面出现的振痕来判断
转速/(rmin-1)
图3磨头一阶转速振幅关系囝
的。自激振动的频率与振动系统某一阶的固有频率接
运动微分方程为
近,与外界振源无关,如果改变磨削量,其振动频率不
mx+cx'+kx=Fo
会发生变化。
作用在弹性基础上的力是弹性力和阻尼力之和,
通过分析机床振动频谱图,了解了机床在某一转即:
速下的振动状态。为了了解砂轮主轴的振动情况,我
Fr=kxc+cx=kacos(At-9)[-caasin(ot
们在原有频谱图的基础上增加了一个新的维度,即速
P)]=A vk+c]a? cos(at-9p
度轴。这样,就形成了振动澡布图,如图2所示。通过
提取一阶频率下转速与振幅的关系曲线,得到图3。
隔振因子为
经分析可知,砂轮主轴在1462r/min具有较小的振动
T
k√(1-A2)2+(29)
烈度,有良好的磨削效果。
瀑布图为我们提供了一个印证频谱图的手段。通
√1+(27)
过对瀑布图横切,获得了这一转速下的频谱图,这与谱
√(1-2)2+(2x)
分析得到的结果互相印证,增加了数据分析的可靠性。
当频率比>√2时,即隔振地基的弹簧质量系统
3减小振动的方法
的固有频率低于振源(机床产生的强迫振动)频谱中的
3.1振动的隔离
最低频率分量40%时,T<1,起隔振作用。
隔振有两种方法,主动隔振是防止机床的振动传
被动隔振是干扰力作用在地基上,相当于基点激