淺議機(jī)床振動(dòng)的原因及控制技術(shù)

儲(chǔ)開滾

(江蘇省高淳中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 高淳 211300)

機(jī)床工作過程中的振動(dòng)是一種極為有害的現(xiàn)象，它會(huì)大大降低工件加工表面質(zhì)量;加速、刀具和機(jī)床零件的磨損，嚴(yán)重時(shí)造成切削工作不能正常進(jìn)行。因此應(yīng)盡量減小切削過程中產(chǎn)生的振動(dòng)。機(jī)床振動(dòng)會(huì)使得切削加工過程中，工件和切削刀具間產(chǎn)生一定量的相對位移，致使刀具與工件之間的正常運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生變化。機(jī)床的輕微振動(dòng)會(huì)致使工件表面質(zhì)量下降，產(chǎn)生表面振紋，工件粗糙度增加，機(jī)床的工作效率大為降低。而強(qiáng)烈振動(dòng)甚至?xí)?dǎo)致機(jī)床產(chǎn)生崩刃，使切削加工無法進(jìn)行?？傊捎谡駝?dòng)，會(huì)產(chǎn)生如:機(jī)床加工效率降低;機(jī)床和刀具的使用壽命縮短;使機(jī)床各摩擦副加劇磨損，并將使刀具耐用度下降，特別是對于硬質(zhì)合金、陶瓷等脆性刀具材料尤為顯著;振動(dòng)產(chǎn)生的噪音影響操作者身心健康，污染工作環(huán)境。因此在機(jī)械加工中，機(jī)床振動(dòng)的防治成為了一個(gè)重要的課題。

1 振源

探明振源，并加以排除或限制，是控制機(jī)床振動(dòng)的有效途徑。振源分機(jī)內(nèi)振源和機(jī)外振源兩種。前者來自機(jī)床內(nèi)部的;后者來自機(jī)床外部的。機(jī)床振動(dòng)可細(xì)分為自由振動(dòng)、強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)。其中自由振動(dòng)是由切削載荷的突然加載或撤銷以及其它外力沖擊引起的，可快速衰減，對機(jī)床加工過程影響非常小，只占到機(jī)床振動(dòng)的3%－5%，可忽略不計(jì)。

1.1 強(qiáng)迫振動(dòng)

系統(tǒng)在外界激振力作用下產(chǎn)生的振動(dòng)叫強(qiáng)迫振動(dòng)。它會(huì)影響機(jī)床部件間的相對振動(dòng)幅度，影響機(jī)床的加工精度，如工件的粗糙度和圓度。強(qiáng)迫振動(dòng)還會(huì)影響刀具回轉(zhuǎn)類機(jī)床的回轉(zhuǎn)精度。

振源分析:①電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡。②地腳螺栓松動(dòng)和機(jī)床墊鐵虛實(shí)不一。③齒輪咬合不良和齒廓有毛刺。④皮帶輪振擺過大。⑤機(jī)床上各電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，包括電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)不平衡及電磁力不平衡引起的振動(dòng)。⑥各電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)。⑦旋轉(zhuǎn)零件、部件的不平衡。⑧運(yùn)動(dòng)傳遞過程中引起的振動(dòng)，如變速操縱機(jī)機(jī)構(gòu)中的齒輪嚙合時(shí)的沖擊力引起的振動(dòng)。⑨往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件換向時(shí)的機(jī)械沖擊，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的液壓沖擊。⑩由于工件材質(zhì)不均勻、毛坯件局部存在氣孔、砂眼、疏松等鑄造缺陷，余量不均勻，切削時(shí)鑄件軟硬不均勻，刀具磨損等原因造成切削力變化而引起的振動(dòng)等。

1.2 自激振動(dòng)

沒有外界激振力而是由系統(tǒng)內(nèi)部激發(fā)與反饋的相互作用而產(chǎn)生穩(wěn)定的周期性振動(dòng)稱為自激振動(dòng)。引起自激振動(dòng)的振源主要有以下幾種:切削量過大、主切削力的方向、刀具的幾何角度的選擇不當(dāng)?shù)?。在機(jī)床上發(fā)生的自激振動(dòng)情況是比較常見的。例如:主軸回轉(zhuǎn)類機(jī)床主軸的扭轉(zhuǎn)、機(jī)床床身以及立柱等支撐件的彎曲產(chǎn)生的自激振動(dòng);還有工作臺(tái)等移動(dòng)部件在低速運(yùn)行時(shí)所發(fā)生的摩擦引起自激振動(dòng)等。

2 振動(dòng)控制

2.1 機(jī)外振源的控制

應(yīng)減少外振源對機(jī)床振動(dòng)的影響。采取的措施如:(1)合理選擇機(jī)床的安裝場地，將振源與機(jī)床隔離。如:空壓機(jī)、鍛壓設(shè)備等。(2)對于精密機(jī)床的基礎(chǔ)應(yīng)采用防震的結(jié)構(gòu)型式，設(shè)置隔振裝置。將振源所產(chǎn)生的振動(dòng)經(jīng)隔振裝置部分吸收，減少振源對切削加工的干擾。挖防振溝，將機(jī)床安置在防振地基上，設(shè)置彈簧或橡皮墊等緩沖裝置減少振動(dòng)。利用具有一定彈性的物質(zhì)安置在機(jī)床基礎(chǔ)的適當(dāng)部位來緩和、吸收外振源的振動(dòng)。如采用:隔振、減振，降噪效果良好的機(jī)床防振墊鐵和開挖必要的防振溝。

2.2 機(jī)內(nèi)振源的控制

當(dāng)振動(dòng)發(fā)生以后，減小激發(fā)振動(dòng)時(shí)的激振力，即減小受迫振動(dòng)時(shí)的外激振力，或自激振動(dòng)式的內(nèi)激振力，往往是必須采取的消振措施。

2.2.1 強(qiáng)迫振動(dòng)的控制

提高軸承裝配精度以及機(jī)床傳動(dòng)裝置的制造精度，提高工藝系統(tǒng)的剛度及阻尼，采用減振器和阻尼器均能有效避免共振現(xiàn)象發(fā)生。如:①精確平衡回轉(zhuǎn)零部件，平衡項(xiàng)目包括靜平衡和動(dòng)平衡，平衡對象包括:電機(jī)轉(zhuǎn)子、皮帶輪、卡盤和刀盤等。對于轉(zhuǎn)速在600轉(zhuǎn)/min以上的零件必須予以平衡。②提高變速機(jī)構(gòu)中變速齒輪的制造精度和嚙合精度。③提高機(jī)床系統(tǒng)剛度，亦可減少振動(dòng)。④提高皮帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)等傳動(dòng)裝置的穩(wěn)定性。⑥改善聯(lián)軸節(jié)相連的各軸的軸心線間的不同心度，從高速軸和主軸上去除帶動(dòng)油泵的凸輪。⑦如果不是標(biāo)準(zhǔn)的軸類零件，夾具配重很關(guān)鍵，如果不能保證主軸(夾具)的動(dòng)平衡，再好的機(jī)床也會(huì)有振動(dòng)。⑧機(jī)床在快速移動(dòng)時(shí)震動(dòng)或沖擊，原因是伺服電機(jī)內(nèi)的檢測接觸不良。⑨機(jī)床以低速運(yùn)行時(shí)，機(jī)床工作臺(tái)是蠕動(dòng)著向前運(yùn)動(dòng);機(jī)床要以高速運(yùn)行時(shí)，就出現(xiàn)振動(dòng)。⑩由于機(jī)床地腳螺栓松動(dòng)，安裝不正確產(chǎn)生。對策:應(yīng)該使機(jī)床安裝應(yīng)精確，牢固可靠。

2.2.2 自激振動(dòng)的控制

合理選擇與切削有關(guān)的系數(shù)、刀具的幾何參數(shù);合理安排刀尖高低、潤滑均有助于控制自激振動(dòng)。提高工藝系統(tǒng)的抗振性需要注意有以下幾點(diǎn):①查看活頂尖是不是伸出過長，軸承是不是良好，注意中心孔的潤滑。②尾架頂夾緊情況，夾緊條件下是否與機(jī)床主軸同軸。③檢查中小拖板安裝情況。④檢查三爪卡盤螺旋槽是否損壞。⑤減輕造成振動(dòng)的部份的工作重量，慣性越小越好。⑥針對振動(dòng)最大的地方予以固定或夾持，如中心架、工作保持器等。⑦提高加工系統(tǒng)的剛性，例如使用彈性系數(shù)較高的刀柄或使用加入動(dòng)態(tài)減振器的特殊抗震力，以吸收沖擊能量。⑧主偏角和副偏角角度盡可能大些。尤其是前角，對振動(dòng)的影響最大，前角愈大，切削愈平穩(wěn)，振動(dòng)則越小。生產(chǎn)中通常采用正前角。

3 結(jié)語

隨著對零件生產(chǎn)制造精度、效率和質(zhì)量的不斷提高，使得新式機(jī)床制造要求的不斷提高，而解決機(jī)床振動(dòng)的存在的問題成為研發(fā)和生產(chǎn)機(jī)床的亟需解決的問題，研究機(jī)床振動(dòng)就是為了弄清機(jī)床產(chǎn)生的原因，為生產(chǎn)性能更佳的機(jī)床服務(wù)。