周匯洋

（湖北文理學(xué)院理工學(xué)院，湖北 襄陽(yáng)441000）

在數(shù)控機(jī)床的工作過(guò)程中，不同坐標(biāo)軸的低速進(jìn)給系統(tǒng)若想實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的運(yùn)行，必須確保數(shù)控機(jī)床相關(guān)零配件的緊密度符合標(biāo)準(zhǔn)，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床運(yùn)行質(zhì)量的提升和運(yùn)行效率的保障。同時(shí)，在數(shù)控機(jī)床技術(shù)不斷發(fā)展和成熟的背景下，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)對(duì)于高精密度的零配件要求也更加全面，這就導(dǎo)致現(xiàn)階段部分?jǐn)?shù)控機(jī)床在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給速度與零配件精密度存在偏差，從而使數(shù)控機(jī)床在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了摩擦自激振動(dòng)的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象的發(fā)生會(huì)導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床的切削能力降低，且會(huì)加快數(shù)控機(jī)床各個(gè)零配件的磨損速度，同時(shí)會(huì)影響工作開(kāi)展的效率和生產(chǎn)的進(jìn)度。為尋求有效解決數(shù)控機(jī)床摩擦自激振動(dòng)問(wèn)題的方法，文章從如何實(shí)現(xiàn)負(fù)阻尼的消除方面及如何實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床機(jī)械運(yùn)動(dòng)功能的優(yōu)化方面入手作重點(diǎn)闡述，希望以此有效解決數(shù)控機(jī)床的摩擦自激振動(dòng)問(wèn)題，進(jìn)而提升數(shù)控機(jī)床工作的連續(xù)性及數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和實(shí)效性[1]。

1 摩擦自激振動(dòng)概述

自激振動(dòng)在自然界和生活中是很常見(jiàn)的。例如，樹(shù)梢在狂風(fēng)中呼嘯，提琴奏出悠揚(yáng)的小夜曲，自來(lái)水管突如其來(lái)的喘振，夜深人靜時(shí)聽(tīng)到墻上老式掛鐘持續(xù)地發(fā)出滴答的擺動(dòng)聲，這些無(wú)不是各式各樣的自激振動(dòng)。用車(chē)、銑、刨、磨等機(jī)床加工時(shí)，如果摩擦和振動(dòng)存在問(wèn)題，刀具產(chǎn)生的自激振動(dòng)會(huì)在工件表面上制造波浪式的紋路，嚴(yán)重影響零件加工的光潔度和機(jī)床的壽命。因此，自激振動(dòng)是一種相當(dāng)普遍的現(xiàn)象。自激振動(dòng)的發(fā)生需要兩個(gè)條件：1）系統(tǒng)在平衡點(diǎn)附近的不穩(wěn)定性；2）迫使系統(tǒng)的工作點(diǎn)略微偏離平衡點(diǎn)的外界擾動(dòng)。由此可見(jiàn)，自激振動(dòng)并非不需要外界的激勵(lì)[2]。

從物理學(xué)的原理分析，摩擦自激振動(dòng)屬于物理中的摩擦振動(dòng)作用。在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)中，通過(guò)設(shè)備之間的摩擦，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)滑動(dòng)導(dǎo)軌動(dòng)靜摩擦系數(shù)差的有效判斷。在這一背景下，數(shù)控機(jī)床的阻尼必然會(huì)受到一定的影響，進(jìn)而產(chǎn)生摩擦自激振動(dòng)。從爬行現(xiàn)象來(lái)分析，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)就是一個(gè)穩(wěn)定整個(gè)數(shù)控機(jī)床運(yùn)行體系的載體，在數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行過(guò)程中，設(shè)備運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦力會(huì)對(duì)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度造成一定的影響，且兩者之間的影響關(guān)系是非線性的影響關(guān)系。在此，可以將這一非線性的影響關(guān)系進(jìn)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(jī)床運(yùn)行系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，同時(shí)有效地解讀摩擦自激振動(dòng)中存在的問(wèn)題。在非線性的函數(shù)運(yùn)算中，主要指的是對(duì)一次諧波的幅值以及輸入幅值兩者之間關(guān)系的有效佐證和對(duì)比，將兩者之間的關(guān)系作為數(shù)控機(jī)床勻速運(yùn)動(dòng)的主要依據(jù)，對(duì)數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)速度常數(shù)展開(kāi)分析與研究，從而可以對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度進(jìn)行變量的分析，以此計(jì)算摩擦自激振動(dòng)的具體狀況以及摩擦力下的設(shè)備周期性擾動(dòng)值[3]。

2 數(shù)控機(jī)床摩擦自激振動(dòng)的消除方法

2.1 消除負(fù)阻尼區(qū)

在數(shù)控機(jī)床處于低速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，需要對(duì)數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行有效分析和判斷，同時(shí)需要針對(duì)數(shù)控機(jī)床的負(fù)阻尼區(qū)存在的摩擦自激振動(dòng)問(wèn)題展開(kāi)研究和探索。通過(guò)該方法的應(yīng)用，能夠有效地解決數(shù)控機(jī)床在低速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的摩擦自激振動(dòng)問(wèn)題，且有效地消除負(fù)阻尼區(qū)對(duì)摩擦自激振動(dòng)的干擾和影響。

例如：首先，需要在數(shù)控機(jī)床的低速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中設(shè)計(jì)一個(gè)正阻尼，然后對(duì)該阻尼進(jìn)行系數(shù)的分析與判斷，明確系數(shù)的具體值，然后再對(duì)負(fù)阻尼區(qū)進(jìn)行摩擦自激振動(dòng)問(wèn)題的查找和消除。通過(guò)該方法的應(yīng)用，能夠進(jìn)一步提升負(fù)阻尼區(qū)的摩擦自激振動(dòng)有效性，降低其存在問(wèn)題的概率。其次，需要對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行阻尼系數(shù)的正確應(yīng)用，判斷與研究摩擦自激振動(dòng)中存在的問(wèn)題，了解造成摩擦自激振動(dòng)問(wèn)題的主要原因，然后進(jìn)行問(wèn)題的消除和干預(yù)，以此實(shí)現(xiàn)摩擦自激振動(dòng)能力的提升。

另外，還需要對(duì)數(shù)控機(jī)床摩擦自激振動(dòng)問(wèn)題中的勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行判斷與研究，且需要將之作為判斷數(shù)控機(jī)床摩擦自激振動(dòng)問(wèn)題的重要板塊，通過(guò)對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)振動(dòng)源頭的有效判斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)源頭的精準(zhǔn)定位，然后根據(jù)定位數(shù)據(jù)對(duì)負(fù)阻尼區(qū)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)能量和運(yùn)動(dòng)激勵(lì)的分析與判斷，以此保證兩者之間的協(xié)調(diào)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?qū)崿F(xiàn)勵(lì)磁系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡中的有效應(yīng)用，且能夠?qū)φ駝?dòng)源頭做精確的定位和設(shè)計(jì)，以此實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)負(fù)阻尼區(qū)的有效干預(yù)和控制。這是消除摩擦自激振動(dòng)的一個(gè)重要手段，同時(shí)也是從根本上消除負(fù)阻尼區(qū)的有效方法。該方法的應(yīng)用需要與增加正阻尼區(qū)配合進(jìn)行，進(jìn)一步提升消除摩擦自激振動(dòng)問(wèn)題的概率。同時(shí)，還需要對(duì)自激振動(dòng)進(jìn)行函數(shù)計(jì)算，得出振動(dòng)的數(shù)據(jù)和造成振動(dòng)異常的主要因素，以此確定徹底消除負(fù)阻尼區(qū)的方法和應(yīng)用手段，實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁電流對(duì)數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的有效支撐和幫助。

在分析勵(lì)磁系統(tǒng)之后，雖然有效解決了數(shù)控機(jī)床摩擦自激振動(dòng)問(wèn)題，且成功消除了負(fù)阻尼區(qū)，但是還需要特別關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題，即如何實(shí)現(xiàn)對(duì)定位勵(lì)磁系統(tǒng)振動(dòng)源頭的有效控制，通過(guò)解釋振動(dòng)源頭實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床摩擦自激振動(dòng)的相量分析。在此，需要結(jié)合相量轉(zhuǎn)換之后的運(yùn)動(dòng)能量做有效組合與搭配，然后根據(jù)不同的相量大小，針對(duì)相量之間的具體差異，對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)以及負(fù)阻尼區(qū)的消除進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和參數(shù)信息的分配和處理，進(jìn)而有效消除負(fù)阻尼區(qū)，有效解決摩擦自激振動(dòng)問(wèn)題。

2.2 優(yōu)化機(jī)械運(yùn)動(dòng)功能

首先，需要在優(yōu)化數(shù)控機(jī)床摩擦自激振動(dòng)問(wèn)題的時(shí)候，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)功能的有效調(diào)整和干預(yù)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)摩擦自激振動(dòng)類(lèi)型的改變。通過(guò)該方法的應(yīng)用，能夠讓數(shù)控機(jī)床的摩擦自激振動(dòng)特征發(fā)生相應(yīng)的變化，且進(jìn)一步穩(wěn)定摩擦自激振動(dòng)的效果。比如，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，可以在導(dǎo)軌的表面均勻地刷涂一層聚四氯乙烯，有效地加強(qiáng)數(shù)控機(jī)床摩擦自激振動(dòng)的效果，且能夠改變其摩擦自激振動(dòng)的特征和方法，進(jìn)而提升數(shù)控機(jī)床摩擦自激振動(dòng)效能，實(shí)現(xiàn)摩擦自激振動(dòng)能力的顯著進(jìn)步。同時(shí)，通過(guò)該方法的應(yīng)用，能夠有效地從源頭上控制數(shù)控機(jī)床在摩擦自激振動(dòng)的過(guò)程中出現(xiàn)的負(fù)阻尼區(qū)問(wèn)題，這對(duì)于緩解數(shù)控機(jī)床的工作壓力、提升數(shù)控機(jī)床的工作質(zhì)量、提升數(shù)控機(jī)床摩擦自激振動(dòng)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(jī)床摩擦自激振動(dòng)問(wèn)題的時(shí)候，對(duì)數(shù)控機(jī)床的各類(lèi)精密零件設(shè)備進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)計(jì)算與調(diào)整。通過(guò)該方法的應(yīng)用，統(tǒng)一數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)性，且能夠讓數(shù)控機(jī)床在工作的過(guò)程中避免出現(xiàn)共振的現(xiàn)象。這對(duì)于延長(zhǎng)數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用壽命，降低數(shù)控機(jī)床的損壞率和故障率有著一定的幫助，且對(duì)于后續(xù)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)功能優(yōu)化也有著重要的支撐和輔助作用。通過(guò)對(duì)設(shè)備中精密儀器數(shù)據(jù)的計(jì)算、調(diào)整和控制，能夠大大減少不協(xié)調(diào)振動(dòng)導(dǎo)致的數(shù)控機(jī)床摩擦自激振動(dòng)問(wèn)題，且減輕導(dǎo)軌的正向運(yùn)動(dòng)壓力，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的提升[4]。

最后，需要對(duì)數(shù)控機(jī)床的機(jī)械運(yùn)動(dòng)功能進(jìn)行傳統(tǒng)系統(tǒng)的優(yōu)化和完善，提升數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)韌性及數(shù)控機(jī)床摩擦自激振動(dòng)的剛性。

2.3 其他消除摩擦自激振動(dòng)的措施

首先，可以從如何減少正向壓力N的方面入手，設(shè)計(jì)消除摩擦自激振動(dòng)的措施，以此采用各個(gè)類(lèi)型的卸荷裝置及相關(guān)設(shè)備，對(duì)機(jī)床進(jìn)行液壓卸荷的操作，或者進(jìn)行機(jī)械卸荷的操作，或者進(jìn)行中心卸荷的操作等。通過(guò)該方法的應(yīng)用，能夠有效地從正向壓力N降低數(shù)控機(jī)床的摩擦自激振動(dòng)頻率。

其次，可以結(jié)合液體摩擦的方法來(lái)有效替代邊界摩擦。通過(guò)該方法的應(yīng)用，能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床摩擦自激振動(dòng)作用的消減。在此，需要關(guān)注的問(wèn)題是，技術(shù)人員要結(jié)合靜壓絲杠副、靜壓導(dǎo)軌等，對(duì)油膜支承進(jìn)行摩擦系數(shù)的有效計(jì)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?！鱢≈0。因此，只有在減少△f的同時(shí)，才能控制自激摩擦的效果。

最后，可以結(jié)合導(dǎo)軌面噴涂的方法，或者是普通導(dǎo)軌防爬油應(yīng)用的方法對(duì)自激摩擦效果進(jìn)行控制與管理。在此，需要對(duì)噴涂當(dāng)量進(jìn)行控制，特別是在進(jìn)行防爬油應(yīng)用的時(shí)候，要明確應(yīng)用的臨界速度，且確保臨界速度為vc=0.003 8mm/s。同時(shí)，需要確?！鱢在0 ～0.09。只有這樣，才能讓導(dǎo)軌噴涂技術(shù)的應(yīng)用和防爬油的應(yīng)用更加有效。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在數(shù)控機(jī)床的摩擦自激振動(dòng)問(wèn)題分析與解決過(guò)程中，相關(guān)人員必須對(duì)數(shù)控機(jī)床的精密零件相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析與研究，通過(guò)搭配零件的方法實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)效能的提升以及運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)的穩(wěn)定。另外，還需要對(duì)數(shù)控機(jī)床的摩擦自激振動(dòng)問(wèn)題所產(chǎn)生的根本原因展開(kāi)研究和探索，通過(guò)調(diào)整正阻尼區(qū)的方法、消除負(fù)阻尼區(qū)的方法、提高運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)阻尼運(yùn)動(dòng)系數(shù)的方法等，實(shí)現(xiàn)對(duì)摩擦自激振動(dòng)問(wèn)題的有效解決和處理。同時(shí)，在這一環(huán)境下，還需要對(duì)數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量、摩擦自激振動(dòng)效果、動(dòng)靜差值以及低速運(yùn)動(dòng)的摩擦自激振動(dòng)需求等做綜合性的分析與判斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)功能的全面優(yōu)化和提升。