在設計機數控床結構時，必須要考慮工具機實際工作中可能出現的種種狀況對於加工精度造成的影響。這些狀況在工具機處於靜止狀態時往往容易被人忽略。我們今天要介紹一下共振現象對工具機的影響，以及如何儘量避免這一現象的發生。
什麼是共振現象
共振是一種常見的物理現象。振動的物體，每秒鐘完成全振動的次數稱為這種振動的頻率，單位是赫茲。振動又分為自由振動（無周期性驅動力）和受迫振動（有周期性驅動力）兩種類型。
物體發生無周期性驅動力的自由振動時，振動的頻率是由自身的質量、幾何形狀、材質等因素決定的，這種振動的頻率稱為物體的自激振動頻率。一般情況下，對同一物體而言是一個固定值。而物體在外加的周期性驅動力下做受迫振動時，振動頻率就不再按照自激振動頻率了，而是與驅動力的頻率相同。當受迫振動中，物體受到周期性驅動力的頻率與物體自身的自激振動頻率相同時，將會發生共振現象，這種情況導致的結果是使物體的振動幅度遠遠大於非共振狀態。
我國古代著名的科學筆記《夢溪筆談》中，就記載過這樣一個事例：餘友人家有一琵琶，置之虛室，以管色奏雙調，琵琶弦輒有聲應之，奏他調則不應，寶之以為異物，殊不知此乃常理。翻譯成白話文就是：我的一個朋友家中有一隻琵琶，常常放置在沒有人居住的空房間裡。如果以吹管類樂器吹奏雙調（一種曲調的名稱）時，琵琶的琴弦會自動發出聲音來應和。吹奏其他的曲調，就沒有這種情況發生。朋友拿這隻琵琶當寶貝，認為是奇異、有靈性之物，其實是不知道，這是一種常見的道理。以上提到的琵琶琴弦自動應和管樂之音，其實就是因為管樂聲波的振動引起了琵琶琴弦的共振而發生的。
我們生活中也有很多共振現象的實例。例如，1831年，一隊英國士兵在通過曼徹思特附近的布勞頓吊橋時，吊橋發生了倒塌；無獨有偶，1849年，一對法國軍隊在通過昂熱市曼恩河上一座大橋時，也發生了同樣的悲劇。物理研究表明，這兩座大橋都是因為士兵們整齊劃一的腳步頻率引發了共振才倒塌的。因此，今天，世界上任何一個國家的任何一隻部隊，無論軍紀有多麼嚴格，在通過橋梁的時候，指揮官都會下令將齊步走改為散步走，以打亂腳步頻率，避免橋梁共振坍塌。
共振現象對工具機加工精度的影響
發生共振現象由於導致振動幅度加大，因此對工具機的加工質量有很大的影響。
首先，共振造成的振幅過大會改變刀具和工件的正常運動軌跡，引起二者之間相對位置發生偏移。這樣不僅降低了加工表面的質量和尺寸精度，使工件表面粗糙程度增加，甚至出現振動波紋，同時，由於刀具的正常切削條件被打破，也會導致刀具磨損加快，使用壽命減少。
其次，被破壞的不只是刀具。由于振幅過大導致工具機各零部件之間發生鬆動和異常磨損，因此大大減少了工具機整體的加工精度、工作效率和使用壽命。
最後，振幅過大還會帶來大量不必要的噪聲，對生產環境造成噪聲汙染，影響操作工人的工作專注度，危害他們的身心健康。
如何減少共振發生
以銑床為例，研究發現，銑床在切削作業中，自激振動頻率通常在35赫茲到55赫茲之間，即每秒完成35到55次全振動；而受迫振動的驅動力頻率通常在26赫茲到66赫茲之間。由此可見，銑床通常的自激振動頻率恰在受迫振動驅動力頻率區間之內，導致共振現象時候發生。要想避免出現共振現象，就要使工具機的自激振動頻率離開驅動力頻率這個區間，使其高於66赫茲或低於26赫茲。這必須通過改變工具機設計結構和材料來實現。
再比如，工具機在進行大件焊接時，焊接結構一般都屬於薄壁機構，這也是一種容易發生共振的結構。為增加板壁的自激振動頻率，以避免共振，就應該對薄壁加裝加強肋結構，肋條應該選擇質量輕、剛度大的材料，安裝時，慣性矩要大，形心矩要小。以輕型鋼結構形式和波紋板做板壁加強肋效果最好。
來自國際工具機網
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