破解振動難題！振動波形解析與FFT應用

做機加工的，誰沒被振動搞到崩潰過？

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、調了進給、把地腳螺絲挨個緊了一遍，還是時好時壞；最后拆了主軸、磨了導軌，問題依然沒解決。很多人到最后只能嘆口氣："振動這東西，真是玄學。"

其實真不是玄學。所有刀紋、振紋、過切，本質都是切削過程中振動在工件表面留下的印子。想要從根本解決問題，不用拆遍機床，先搞懂振動最基礎的三個定義。

再亂的振動，拆到最后都是無數個簡諧振動疊在一起的。它是最基礎的振動形式，位移隨時間走標準的正弦曲線，就像你們平時用千分表打主軸跳動，打出來的就是這個波形：

1. 周期 (T)：振動來回晃一次的時間，單位秒 (s)。圖里紅色線段標出來的就是周期，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)。圖里紅色箭頭標出來的就是振幅，振幅越大，刀紋越深，零件報廢的概率就越高。

上面這個是實驗室里的理想波形，但在車間里永遠測不到這么干凈的振動。

機床一開，同時有十幾個地方在晃：主軸在轉、絲杠在走、刀具在切料、隔壁沖床在砸、叉車在外面跑...... 每個振動源都有自己的頻率和振幅，混在一起就變成了一團亂麻的 復合振動波形。

?? 來猜猜看！：下面這個是我們客戶車間實測的振動波形，你能看出它是由幾個不同頻率的振動疊出來的嗎？

點擊看答案 ?

答案：4個。分別是 5Hz、37Hz、54Hz 和 80Hz 的簡諧振動。是不是看著亂，拆開來其實特別簡單？

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

為什么做機加工一定要懂點 FFT？

因為不同的振動源，有自己典型的 "特征頻率"。找到振幅最大的那個頻率，對著下面的表一查，振動源大概也就知道了：

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

振動從來不是什么玄學，它是規律可循的物理現象。搞懂了周期、頻率、振幅這三個參數，再學會看 FFT 圖譜，以后再遇到刀紋，再也不用瞎換刀、瞎拆機床了。

下一篇，【兄弟機床技術薈】把切削振動最常見的三種類型：自由振動、強迫振動、自激振動，它們的"長相"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在搞鬼。?點擊查看