淺析機(jī)床的振動及防治

張巧云

呼和浩特眾環(huán)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051

機(jī)床工作時(shí)產(chǎn)生的振動，不僅會影響機(jī)床的動態(tài)精度和被加工零件的質(zhì)量，而且還要降低生產(chǎn)效率和刀具的耐用度，振動劇烈時(shí)甚至?xí)档蜋C(jī)床的使用性能，伴隨振動所發(fā)出的噪音會影響機(jī)床工人的健康。隨著我國機(jī)床工業(yè)的飛速發(fā)展，機(jī)床的振動問題也就更加引起人們的重視。

一般的說，機(jī)床工作時(shí)所產(chǎn)生的振動基本上有兩大類：

1）受迫振動；

2）自激振動。例如在車床、銑床和磨床上，經(jīng)常見到回轉(zhuǎn)主軸系統(tǒng)的受迫振動，其頻率取決于回轉(zhuǎn)主軸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速（在銑削時(shí)還與銑刀的齒數(shù)有關(guān)）。在機(jī)床上發(fā)生的自激振動類型較多，例如有回轉(zhuǎn)主軸（或與工件、或與刀具聯(lián)系）系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)或彎曲自激振動；機(jī)床床身、立柱、橫梁等支撐件的彎曲或扭擺自激振動；還有工作臺等移動部件在低速運(yùn)行時(shí)所發(fā)生的張弛摩擦自激振動（通稱爬行）等等。通常把金屬切削過程中表現(xiàn)為刀具與工件之間強(qiáng)烈的相對振動的這種自激振動稱為“顫振”。

機(jī)床工作時(shí)發(fā)生振動是常見的。機(jī)床振動不僅歪曲了工件的幾何形狀和尺寸，而且還將在已加工表面上留下振紋，降低了精度和表面光潔度，加劇了金屬表面層的冷硬情況，振動時(shí)刀具的耐用度也將急劇下降，甚至導(dǎo)致刀刃的崩壞，這個(gè)問題對于性質(zhì)較脆的硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具來說尤為嚴(yán)重。機(jī)床發(fā)生振動后，往往迫使操作工人降低切削用量，因而限制了機(jī)床的生產(chǎn)率。此外，在機(jī)床自動線中，只要有一臺機(jī)床發(fā)生振動而被迫暫停運(yùn)轉(zhuǎn)，就會破壞生產(chǎn)的節(jié)律，引起生產(chǎn)過程的混亂?？梢姍C(jī)床振動是必須引起注意的一個(gè)重要問題。隨著科學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)展，對機(jī)床零件的制造精度和表面質(zhì)量提出了更高的要求，從而使機(jī)床振動問題的研究成為研制、生產(chǎn)和使用機(jī)床等部門必須面對的重大課題，研究機(jī)床振動的目的在于探究機(jī)床振動的原因，謀求防止和消除機(jī)床振動的方法，以研制抗振性更佳的機(jī)床。

一般來說，增強(qiáng)“機(jī)床-刀具-工件”工藝彈性系統(tǒng)的剛度，是提高工藝系統(tǒng)抗振性從而防止振動的最普遍方法，它在任何情況下可用來防止受迫振動和自激振動，并能消除破壞工作過程平穩(wěn)進(jìn)行的個(gè)別沖擊因素的影響。因此，為了提高整個(gè)工藝系統(tǒng)的剛度，增強(qiáng)工藝系統(tǒng)各環(huán)節(jié)特別是切削力傳遞路線上最薄弱環(huán)節(jié)的剛度，顯然是很重要的。當(dāng)減輕 零件的重量既不會降低系統(tǒng)的剛度，也不會使系統(tǒng)特性發(fā)生其他不利的變化時(shí)，減輕主振系統(tǒng)的質(zhì)量同提高系統(tǒng)剛度的作用一樣，都能提高系統(tǒng)的固有振動頻率，從而減小了振動的振幅，即起到了提高系統(tǒng)抗振性的作用。必須指出，增加振動系統(tǒng)的阻尼，例如適當(dāng)調(diào)節(jié)零件某些配合處的間隙，以及采用阻尼消振裝置等，將增加系統(tǒng)對激振能量的耗散作用，從而就能防止和消除振動，保證系統(tǒng)平穩(wěn)的工作。當(dāng)振動發(fā)生以后，減小激發(fā)振動時(shí)的激振力，即減小受迫振動時(shí)的外激振力，或自激振動式的內(nèi)激振力，往往是必須采取的消振措施，對于前者例如可減少迴轉(zhuǎn)零件的不平衡所引起的離心力、斷續(xù)切削所產(chǎn)生的沖擊力等等，為此必須做到：

1）對于轉(zhuǎn)速在600轉(zhuǎn)/min以上的零件必須予以平衡，磨床上的砂輪應(yīng)予仔細(xì)平衡，并經(jīng)常修正以保持其正確的外形，也可采取自動平衡裝置。機(jī)床上使用的卡盤、刀盤等均要予以平衡；

2）提高皮帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動及其他傳動裝置的穩(wěn)定性。在較高轉(zhuǎn)速檔下，使主軸直接用皮帶或連軸節(jié)與電動機(jī)發(fā)生傳動關(guān)系;采用最完善的皮帶接頭，使其連接后的剛度和厚度變化最??；用三角皮帶代替平皮帶，使三角皮帶的剛度和厚度盡可能均勻些；采用纖維織成的傳動帶；以斜齒輪或人字齒輪代替正齒輪；在銑床主軸上安裝飛輪等。對于高精度的小功率機(jī)床，盡量不用齒輪、皮帶等可能成為外來振源的元件。使動力源與機(jī)床本體充分隔離，用絲帶來傳動。適當(dāng)調(diào)節(jié)三角皮帶拉力，合理選擇皮帶長度，使其擾動頻率不接近主軸的轉(zhuǎn)速。盡量使皮帶拉力的主方向不同工件或刀具運(yùn)動的主方向相重合，以避免皮帶擾動的影響；

3）改善以聯(lián)軸節(jié)相連的各軸的軸心線間的不同軸度，從高速軸和主軸上去除帶動油泵的凸輪；對于后者則借助于改變切削條件方法，如：

（1）選擇防震切削用量。在任何情況下都應(yīng)該避免切除寬而薄的切屑（即在大切削深度和小走刀量下切下的切屑）；切削速度應(yīng)該在容易發(fā)生振動的范圍以外，即采用較低的速度和較高的速度來工作；

（2）合理選擇刀具的幾何參數(shù)。主偏角和副偏角盡可能選的大些。前角對振動的影響很大，前角愈大，切削過程愈平穩(wěn)，故應(yīng)采用正前角。后角應(yīng)盡可能取得小些，但不要太小，以致刀具后刀面與加工面之間發(fā)生強(qiáng)烈的摩擦，特別是對于走刀量較小的情形；

（3）采用抗振刀具等。

以上列舉的防止和消除機(jī)床振動的一般方向，并未完全概括所有可能的消振措施，例如選擇合理的工藝過程，可在很大程度上減少發(fā)生振動的危險(xiǎn)∶如在通用機(jī)床上避免加工極限直徑或極限長度的工件，盡可能在接近加工處夾緊工件，使切削力接近工件夾持處；車削薄壁管使在管內(nèi)灌水、油、或者沙，以提高工件系統(tǒng)的阻尼性能；提高軸類零件的頂尖孔質(zhì)量；加工細(xì)長軸時(shí)使用中心架；在銑床上順銑時(shí)須有消除驅(qū)動系統(tǒng)間隙的裝置；使切削力與重力朝同一方向；以及使力作用在導(dǎo)軌上沒有塞鐵的一面等等。

總之，通過機(jī)床在使用過程中所暴露出的抗振性能方面的缺陷，采取相應(yīng)的措施以提高其抗振性能，保證工件的加工精度。

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