破解振動(dòng)難題！振動(dòng)波形解析與FFT應(yīng)用

做機(jī)加工的，誰沒被振動(dòng)搞到崩潰過？

好好的程序、全新的刀具，加工出來的零件突然冒一道刀紋；換了刀柄、調(diào)了進(jìn)給、把地腳螺絲挨個(gè)緊了一遍，還是時(shí)好時(shí)壞；最后拆了主軸、磨了導(dǎo)軌，問題依然沒解決。很多人到最后只能嘆口氣："振動(dòng)這東西，真是玄學(xué)。"

其實(shí)真不是玄學(xué)。所有刀紋、振紋、過切，本質(zhì)都是切削過程中振動(dòng)在工件表面留下的印子。想要從根本解決問題，不用拆遍機(jī)床，先搞懂振動(dòng)最基礎(chǔ)的三個(gè)定義。

再亂的振動(dòng)，拆到最后都是無數(shù)個(gè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)疊在一起的。它是最基礎(chǔ)的振動(dòng)形式，位移隨時(shí)間走標(biāo)準(zhǔn)的正弦曲線，就像你們平時(shí)用千分表打主軸跳動(dòng)，打出來的就是這個(gè)波形：

1. 周期 (T)：振動(dòng)來回晃一次的時(shí)間，單位秒 (s)。圖里紅色線段標(biāo)出來的就是周期，越短說明晃得越快。

2. 頻率 (f)：一秒鐘能晃多少次，單位赫茲 (Hz)。和周期正好反過來：f=1/T。比如晃一次要0.6秒，那一秒鐘就能晃1.67次，頻率就是1.67Hz。

3. 振幅 (A)：晃得有多厲害，單位微米 (μm)。圖里紅色箭頭標(biāo)出來的就是振幅，振幅越大，刀紋越深，零件報(bào)廢的概率就越高。

上面這個(gè)是實(shí)驗(yàn)室里的理想波形，但在車間里永遠(yuǎn)測(cè)不到這么干凈的振動(dòng)。

機(jī)床一開，同時(shí)有十幾個(gè)地方在晃：主軸在轉(zhuǎn)、絲杠在走、刀具在切料、隔壁沖床在砸、叉車在外面跑...... 每個(gè)振動(dòng)源都有自己的頻率和振幅，混在一起就變成了一團(tuán)亂麻的 復(fù)合振動(dòng)波形。

?? 來猜猜看！：下面這個(gè)是我們客戶車間實(shí)測(cè)的振動(dòng)波形，你能看出它是由幾個(gè)不同頻率的振動(dòng)疊出來的嗎？

點(diǎn)擊看答案 ?

答案：4個(gè)。分別是 5Hz、37Hz、54Hz 和 80Hz 的簡(jiǎn)諧振動(dòng)。是不是看著亂，拆開來其實(shí)特別簡(jiǎn)單？

為了把這團(tuán)亂麻解開，工業(yè)界所有做振動(dòng)分析的，都在用同一個(gè)工具：快速傅里葉變換（Fast Fourier Transform, FFT）。

為什么做機(jī)加工一定要懂點(diǎn) FFT？

因?yàn)椴煌恼駝?dòng)源，有自己典型的 "特征頻率"。找到振幅最大的那個(gè)頻率，對(duì)著下面的表一查，振動(dòng)源大概也就知道了：

振動(dòng)源類型	典型頻率范圍（僅供參考）
地基傳遞的振動(dòng)	1~10Hz
絲杠 / 導(dǎo)軌傳動(dòng)振動(dòng)	10~50Hz
主軸 / 立柱鑄件振動(dòng)	25Hz
主軸旋轉(zhuǎn) / 動(dòng)平衡問題	50~1000Hz (和轉(zhuǎn)速成正比)
刀具切削顫振	1000Hz 以上

振動(dòng)從來不是什么玄學(xué)，它是規(guī)律可循的物理現(xiàn)象。搞懂了周期、頻率、振幅這三個(gè)參數(shù)，再學(xué)會(huì)看 FFT 圖譜，以后再遇到刀紋，再也不用瞎換刀、瞎拆機(jī)床了。

下一篇，【兄弟機(jī)床技術(shù)薈】把切削振動(dòng)最常見的三種類型：自由振動(dòng)、強(qiáng)迫振動(dòng)、自激振動(dòng)，它們的"長(zhǎng)相"和"脾氣"都給你們講透。下次看到刀紋，掃一眼就知道是哪種振動(dòng)在搞鬼。?點(diǎn)擊查看