數(shù)控機床摩擦自激振動研究

周匯洋

（湖北文理學院理工學院，湖北 襄陽441000）

在數(shù)控機床的工作過程中，不同坐標軸的低速進給系統(tǒng)若想實現(xiàn)平穩(wěn)的運行，必須確保數(shù)控機床相關零配件的緊密度符合標準，只有這樣才能實現(xiàn)數(shù)控機床運行質量的提升和運行效率的保障。同時，在數(shù)控機床技術不斷發(fā)展和成熟的背景下，數(shù)控機床的進給系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)對于高精密度的零配件要求也更加全面，這就導致現(xiàn)階段部分數(shù)控機床在實際應用過程中，由于數(shù)控機床的進給速度與零配件精密度存在偏差，從而使數(shù)控機床在運行過程中出現(xiàn)了摩擦自激振動的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象的發(fā)生會導致數(shù)控機床的切削能力降低，且會加快數(shù)控機床各個零配件的磨損速度，同時會影響工作開展的效率和生產(chǎn)的進度。為尋求有效解決數(shù)控機床摩擦自激振動問題的方法，文章從如何實現(xiàn)負阻尼的消除方面及如何實現(xiàn)對數(shù)控機床機械運動功能的優(yōu)化方面入手作重點闡述，希望以此有效解決數(shù)控機床的摩擦自激振動問題，進而提升數(shù)控機床工作的連續(xù)性及數(shù)控機床進給系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)的準確性和實效性[1]。

1 摩擦自激振動概述

自激振動在自然界和生活中是很常見的。例如，樹梢在狂風中呼嘯，提琴奏出悠揚的小夜曲，自來水管突如其來的喘振，夜深人靜時聽到墻上老式掛鐘持續(xù)地發(fā)出滴答的擺動聲，這些無不是各式各樣的自激振動。用車、銑、刨、磨等機床加工時，如果摩擦和振動存在問題，刀具產(chǎn)生的自激振動會在工件表面上制造波浪式的紋路，嚴重影響零件加工的光潔度和機床的壽命。因此，自激振動是一種相當普遍的現(xiàn)象。自激振動的發(fā)生需要兩個條件：1）系統(tǒng)在平衡點附近的不穩(wěn)定性；2）迫使系統(tǒng)的工作點略微偏離平衡點的外界擾動。由此可見，自激振動并非不需要外界的激勵[2]。

從物理學的原理分析，摩擦自激振動屬于物理中的摩擦振動作用。在數(shù)控機床的進給系統(tǒng)中，通過設備之間的摩擦，能夠實現(xiàn)對滑動導軌動靜摩擦系數(shù)差的有效判斷。在這一背景下，數(shù)控機床的阻尼必然會受到一定的影響，進而產(chǎn)生摩擦自激振動。從爬行現(xiàn)象來分析，數(shù)控機床的進給系統(tǒng)就是一個穩(wěn)定整個數(shù)控機床運行體系的載體，在數(shù)控機床的運行過程中，設備運動所產(chǎn)生的摩擦力會對工作臺的運動速度造成一定的影響，且兩者之間的影響關系是非線性的影響關系。在此，可以將這一非線性的影響關系進行函數(shù)算法的求證和分析，以此深入判斷和論述數(shù)控機床運行系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，同時有效地解讀摩擦自激振動中存在的問題。在非線性的函數(shù)運算中，主要指的是對一次諧波的幅值以及輸入幅值兩者之間關系的有效佐證和對比，將兩者之間的關系作為數(shù)控機床勻速運動的主要依據(jù)，對數(shù)控機床的運動速度常數(shù)展開分析與研究，從而可以對運動的速度進行變量的分析，以此計算摩擦自激振動的具體狀況以及摩擦力下的設備周期性擾動值[3]。

2 數(shù)控機床摩擦自激振動的消除方法

2.1 消除負阻尼區(qū)

在數(shù)控機床處于低速運動的過程中，需要對數(shù)控機床的運動特征進行有效分析和判斷，同時需要針對數(shù)控機床的負阻尼區(qū)存在的摩擦自激振動問題展開研究和探索。通過該方法的應用，能夠有效地解決數(shù)控機床在低速運動過程中出現(xiàn)的摩擦自激振動問題，且有效地消除負阻尼區(qū)對摩擦自激振動的干擾和影響。

例如：首先，需要在數(shù)控機床的低速運動過程中設計一個正阻尼，然后對該阻尼進行系數(shù)的分析與判斷，明確系數(shù)的具體值，然后再對負阻尼區(qū)進行摩擦自激振動問題的查找和消除。通過該方法的應用，能夠進一步提升負阻尼區(qū)的摩擦自激振動有效性，降低其存在問題的概率。其次，需要對數(shù)控機床進行阻尼系數(shù)的正確應用，判斷與研究摩擦自激振動中存在的問題，了解造成摩擦自激振動問題的主要原因，然后進行問題的消除和干預，以此實現(xiàn)摩擦自激振動能力的提升。

另外，還需要對數(shù)控機床摩擦自激振動問題中的勵磁系統(tǒng)進行判斷與研究，且需要將之作為判斷數(shù)控機床摩擦自激振動問題的重要板塊，通過對勵磁系統(tǒng)振動源頭的有效判斷，實現(xiàn)對振動源頭的精準定位，然后根據(jù)定位數(shù)據(jù)對負阻尼區(qū)進行運動能量和運動激勵的分析與判斷，以此保證兩者之間的協(xié)調性和統(tǒng)一性，提升兩者之間的配合性與一致性。只有這樣，才能夠實現(xiàn)勵磁系統(tǒng)在數(shù)控機床運動軌跡中的有效應用，且能夠對振動源頭做精確的定位和設計，以此實現(xiàn)勵磁系統(tǒng)對負阻尼區(qū)的有效干預和控制。這是消除摩擦自激振動的一個重要手段，同時也是從根本上消除負阻尼區(qū)的有效方法。該方法的應用需要與增加正阻尼區(qū)配合進行，進一步提升消除摩擦自激振動問題的概率。同時，還需要對自激振動進行函數(shù)計算，得出振動的數(shù)據(jù)和造成振動異常的主要因素，以此確定徹底消除負阻尼區(qū)的方法和應用手段，實現(xiàn)勵磁電流對數(shù)控機床運動結構的有效支撐和幫助。

在分析勵磁系統(tǒng)之后，雖然有效解決了數(shù)控機床摩擦自激振動問題，且成功消除了負阻尼區(qū)，但是還需要特別關注的一個問題，即如何實現(xiàn)對定位勵磁系統(tǒng)振動源頭的有效控制，通過解釋振動源頭實現(xiàn)對數(shù)控機床摩擦自激振動的相量分析。在此，需要結合相量轉換之后的運動能量做有效組合與搭配，然后根據(jù)不同的相量大小，針對相量之間的具體差異，對勵磁系統(tǒng)以及負阻尼區(qū)的消除進行相關數(shù)據(jù)和參數(shù)信息的分配和處理，進而有效消除負阻尼區(qū)，有效解決摩擦自激振動問題。

2.2 優(yōu)化機械運動功能

首先，需要在優(yōu)化數(shù)控機床摩擦自激振動問題的時候，實現(xiàn)對數(shù)控機床運動功能的有效調整和干預，以此實現(xiàn)對摩擦自激振動類型的改變。通過該方法的應用，能夠讓數(shù)控機床的摩擦自激振動特征發(fā)生相應的變化，且進一步穩(wěn)定摩擦自激振動的效果。比如，在實際應用過程中，可以在導軌的表面均勻地刷涂一層聚四氯乙烯，有效地加強數(shù)控機床摩擦自激振動的效果，且能夠改變其摩擦自激振動的特征和方法，進而提升數(shù)控機床摩擦自激振動效能，實現(xiàn)摩擦自激振動能力的顯著進步。同時，通過該方法的應用，能夠有效地從源頭上控制數(shù)控機床在摩擦自激振動的過程中出現(xiàn)的負阻尼區(qū)問題，這對于緩解數(shù)控機床的工作壓力、提升數(shù)控機床的工作質量、提升數(shù)控機床摩擦自激振動的穩(wěn)定性和生產(chǎn)能力有著一定的支撐和幫助作用。

其次，需要在優(yōu)化數(shù)控機床摩擦自激振動問題的時候，對數(shù)控機床的各類精密零件設備進行有效的數(shù)據(jù)計算與調整。通過該方法的應用，統(tǒng)一數(shù)控機床的結構性，且能夠讓數(shù)控機床在工作的過程中避免出現(xiàn)共振的現(xiàn)象。這對于延長數(shù)控機床的應用壽命，降低數(shù)控機床的損壞率和故障率有著一定的幫助，且對于后續(xù)的機械運動功能優(yōu)化也有著重要的支撐和輔助作用。通過對設備中精密儀器數(shù)據(jù)的計算、調整和控制，能夠大大減少不協(xié)調振動導致的數(shù)控機床摩擦自激振動問題，且減輕導軌的正向運動壓力，實現(xiàn)導軌運動質量的提升[4]。

最后，需要對數(shù)控機床的機械運動功能進行傳統(tǒng)系統(tǒng)的優(yōu)化和完善，提升數(shù)控機床的運動韌性及數(shù)控機床摩擦自激振動的剛性。

2.3 其他消除摩擦自激振動的措施

首先，可以從如何減少正向壓力N的方面入手，設計消除摩擦自激振動的措施，以此采用各個類型的卸荷裝置及相關設備，對機床進行液壓卸荷的操作，或者進行機械卸荷的操作，或者進行中心卸荷的操作等。通過該方法的應用，能夠有效地從正向壓力N降低數(shù)控機床的摩擦自激振動頻率。

其次，可以結合液體摩擦的方法來有效替代邊界摩擦。通過該方法的應用，能夠有效實現(xiàn)對機床摩擦自激振動作用的消減。在此，需要關注的問題是，技術人員要結合靜壓絲杠副、靜壓導軌等，對油膜支承進行摩擦系數(shù)的有效計算和分析。一般情況下，需要將之控制在0.000 5 ～0.001，且需要確保△f≈0。因此，只有在減少△f的同時，才能控制自激摩擦的效果。

最后，可以結合導軌面噴涂的方法，或者是普通導軌防爬油應用的方法對自激摩擦效果進行控制與管理。在此，需要對噴涂當量進行控制，特別是在進行防爬油應用的時候，要明確應用的臨界速度，且確保臨界速度為vc=0.003 8mm/s。同時，需要確保△f在0 ～0.09。只有這樣，才能讓導軌噴涂技術的應用和防爬油的應用更加有效。

3 結束語

綜上所述，在數(shù)控機床的摩擦自激振動問題分析與解決過程中，相關人員必須對數(shù)控機床的精密零件相關數(shù)據(jù)進行有效分析與研究，通過搭配零件的方法實現(xiàn)數(shù)控機床運動效能的提升以及運動基礎的穩(wěn)定。另外，還需要對數(shù)控機床的摩擦自激振動問題所產(chǎn)生的根本原因展開研究和探索，通過調整正阻尼區(qū)的方法、消除負阻尼區(qū)的方法、提高運動系統(tǒng)阻尼運動系數(shù)的方法等，實現(xiàn)對摩擦自激振動問題的有效解決和處理。同時，在這一環(huán)境下，還需要對數(shù)控機床的運動質量、摩擦自激振動效果、動靜差值以及低速運動的摩擦自激振動需求等做綜合性的分析與判斷，進而實現(xiàn)對機械運動功能的全面優(yōu)化和提升。