工作機械の振動の謎：その原理、4つの原因、最先端の防止策を解き明かす

現代社会に生きる加工この中で、工作機械を基幹設備とするならば、その性能の安定性は極めて重要である。しかし、工作機械は、その工程全体を通じて、しばしばこのような振動状態にある。この振動の後、加工精度と表面品質に影響を与えるだけでなく、工具に損傷を与える可能性があり、その結果、生産性が低下し、そのような状況は、さらに、オペレータの健康を脅かすことになります。したがって、機械の振動を深く理解することは、メカニズム、背後にある理由を含み、防止し、制御するために効果的な措置を講じることは、実用的な大きな意義を持っています。

まず、工作機械の振動メカニズム

(i) 強制振動

強制振動は、安定した外部の周期的な外乱力によって引き起こされる。他の工作機械、鍛造ハンマー、電車、トラックなど、機械の外側の振動は、基礎を介して機械に伝達する。機械回転部品の品質の不均衡、工作機械の伝達部品は、製造エラーや欠陥、切削工程の影響などがあり、これらの条件は、また、強制振動を生成します。

周波数は、強制振動の特徴の一つである外乱力の周波数と同じか、その整数倍であり、振幅は、外乱力の振幅とプロセスシステムの動特性に関係し、強制振動の変位の変化の位相角の特徴は、外乱力を位相の角度だけ通過することである。

(自励振動

自励振動は一種の周期的な振動で、周期的な外力がある場合ではなく、周期的な外力がない場合、システムのフィードバック形成の内部励起によって、切断プロセスでは、プロセス自体がある種の交互の切断力を誘発することができ、振動系は力の変化から補助エネルギーを得ることができ、その後、振動を維持する。

1つは、周期的な外力による干渉がないこと、2つは、その周波数がシステムの固有周波数の1つに近いこと、3つは、減衰しないこと、4つは、振動が振動システム自体のパラメータによって決定されること、5つは、各サイクルで得られるエネルギーと消費されるエネルギーの対比という点で、システムの状態にも依存することである。

第二に、工作機械の振動の原因である。

(i) モーターおよび機械的要因

1.モーター問題

モータの磁極は永久磁石であり、その移動の過程で、ヒステリシス現象や機械側の静止摩擦、機械の剛性不足による低周波振動のために、小さな変動が発生する。リニアモータの場合、ヒステリシスによる振動を補正するためにパラメータを使用することができます。

2.トランスミッション部品の問題

高速で回転している砥石がアンバランス、高速で回転しているプーリがアンバランスなど、ベルトの厚さが異なる、ベルトの長さが一定しない、オイルポンプが不安定など、工作機械の強制振動につながることがあります。ギヤ駆動が安定しない、ベルト駆動が安定しない、チェーン駆動が安定しないなど、これらの伝動装置が安定していないことも振動の原因となります。

(パラメーター化の問題

1.位置ループゲインと速度ループゲインの不一致

通常、最初に速度ループのゲインを上げ、後に位置ループのゲインを下げることで、低周波振動を誘発することができる。

2.コマンド振動

速度ゲインを上げると信号が振動したり、位置ゲインを上げると信号が振動したり、VFF の影響で 400HZ よりも高く振動することがあります。この振動は、FAD 時定数の調整、補間後の加減速時定数の調整、VFF 設定値の適切な低減により解消できます。

(iii) 完全閉ループ制御の問題

完全なクローズドループ制御を行うシステムの場合、機械的な接続部の剛性が低いと、動作中、特に加速時や減速時に振動が発生する可能性があります。重要なのは、機械側の位置フィードバックとモータ側の速度フィードバックの不整合です。これは、機械的な速度フィードバックを追加したり、振動抑制制御を追加したり、デュアル位置フィードバックを実装したりすることで解決できますが、満足のいく結果が得られない場合があります。

(特別な事情

落下する重力軸の場合、振動はモーターへのエネルギーフィードバック、そしてアンプへのエネルギーフィードバックの結果として発生し、シャフト上では、接続された2つのモーターの速度と負荷特性の違いの結果として外部振動が発生する。

第三に、工作機械の振動防止と制御対策である。

(i) 強制振動対策

1.加振力の低減

伝動装置の滑らかさを向上させるため、回転速度の速い部品にはバランシング作業が行われ、機械加工作業の速度を下げ、機械加工のための機械の主要部分と動力部分を分離するための合理的な措置が取られる。

2.振動源周波数の調整

加振力の周波数とシステムの共振周波数が同じであるため、加工プロセスでは、合理的に回転速度を選択するために、共振を生成することは避けてください。

3.機械加工の剛性と減衰の改善

フレキシブルカップリングは、モーターの振動を遮断するため、油圧セクションを工作機械から分離するため、油圧緩衝装置を使用するため、防振オブジェクトの助けを借りて工作機械を地面から隔離するためなどに使用されます。

4.防振対策の導入

まず、油圧部を機械から隔離する、クッションを追加する、ゴムマットで隔離するなど、かなり柔軟な防振装置の助けを借りて、機械を振動源から隔離し、プロセスシステムに振動減衰装置を配置する。

5.リフト装置の安定性の向上

ベルトとジョイントは、ベルトのより多くの使用、改善されるべきであり、可能な限り均一な状態に到達するために、ヘリカルギアやヘリングボーンギアの使用は、平歯車、ベルトの張力の適度な調整を置き換えるだけでなく、適切な長さの合理的な選択。

(自励振動対策

1.工具形状と切削量の合理的な選択

切削速度は、自励振動を低減するために、比較的小さな切り込みと比較的大きな体積で、一定の範囲内に選択する必要があります。実験と理論的な研究を通じて、工具に含まれる主偏向角と正面角が、振動に影響を与える主な幾何学的パラメータであることを示すことができる。

2.プロセスシステムの耐振動性向上

接触面を削り、スピンドルシステムのベアリングクリアランスを減らし、転がり軸受に予圧をかけ、センターボアの研削品質を向上させることで、加工システムの接触剛性を向上させる。センタースタンドやフォロワーの使用により、ボーリングバーや工具のオーバーハングを減らし、デッドセンターをライブセンターに置き換え、フレキシブルツールホルダーを使用する。

3.制振装置の導入

減衰装置は、他の減衰方法が有効でない場合に、強制振動や揺れを軽減するために、振動によって発生するエネルギーを吸収または散逸させるために使用されるが、プロセスシステムの剛性を高めるものではない。

4.振動パターンの剛性比の調整

振動モードカップリングの原理に従い、各振動モードの剛性比を合理的に調整し、その組み合わせを調整することで、システムの耐振動性を向上させ、自励振動を抑制する。

(iii) その他の総合的な予防・管理措置

1.強制振動を発生させる条件の排除または減衰

機械の外乱力の値を下げること、振動源の周波数を調整すること、防振対策を採用すること、プロセスシステムの剛性を向上させること、さらに制振装置を適用することである。

2.自励振動を発生させる条件の排除または減衰

切削または研削時のオーバーラップ係数を低減し、適切な切削量と工具パラメータを選択し、振動システムの小剛性スピンドルの位置を調整し、切削減衰を増加させ、可変速加工を使用する。

3.プロセス・システム・ダイナミクスの改善

プロセスシステムの剛性を向上させ、プロセスシステムの減衰を増加させる。

要するに、工作機械の振動は、このような状況を分析し、防止するために、多くのレベルから、複雑な問題である。振動のメカニズムや原因についての深い知識は、効果的な予防と制御方法の使用は、工作機械の加工精度と安定性を向上させるために、工具や機器の寿命を延ばし、生産性を向上させるために、機械加工産業の発展に強力な保証であること。