機(jī)械加工中的振動問題及其控制措施分析

摘 要：近年來，伴隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的現(xiàn)代機(jī)械加工技術(shù)也在快速發(fā)展。但機(jī)械加工中存在振動問題，這種現(xiàn)象對機(jī)械加工非常不利。因此，械加工中的振動問題往往被視為加工制造企業(yè)的重要防范問題。文章為了提高機(jī)械加工的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，其首先闡述了機(jī)械加工產(chǎn)生振動的危害和振動的類型，進(jìn)一步分析了機(jī)械加工產(chǎn)生振動的原因，最后針對如何控制機(jī)械加工振動提出了相應(yīng)的措施。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；振動問題；類型；原因；控制措施

中圖分類號：TH161.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）9-0082-02

1 機(jī)械加工振動產(chǎn)生的危害及其類型

1.1 機(jī)械加工振動對于機(jī)械加工的危害

隨著機(jī)械加工技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)械加工振動對于制造業(yè)生產(chǎn)的危害越來越凸顯出來，它嚴(yán)重影響了機(jī)械加工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率，是一種非常有害的物理現(xiàn)象。假設(shè)在機(jī)械加工中產(chǎn)生了振動，工件和道具會產(chǎn)生移動，從而影響加工表面粗糙度，表面出現(xiàn)劃痕，降低產(chǎn)品的質(zhì)量；機(jī)械加工振動還會加速刀具的磨損，容易引起甭刃；機(jī)械加工振動還會影響機(jī)床、夾具的使用壽命；同時機(jī)械加工振動還將產(chǎn)生噪聲污染，嚴(yán)重時甚至?xí)Σ僮髡叩纳】诞a(chǎn)生危害。由此可見，機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的振動會給整個工藝系統(tǒng)帶來很多麻煩，所以機(jī)械加工產(chǎn)生的振動是一種對機(jī)械加工非常不利的物理現(xiàn)象。

1.2 機(jī)械加工振動的類型

自由振動、受迫振動和自激振動是機(jī)械加工中產(chǎn)生的三種主要類型。

自由振動是由于切削力突然變化，受到?jīng)_擊引起的，其平衡狀態(tài)遭到破壞，系統(tǒng)緊靠彈性恢復(fù)力來維持。一般來說，自由振動可以迅速衰減，對機(jī)械加工的危害較小。受迫振動是由于受到來自于系統(tǒng)內(nèi)部或外部干擾而產(chǎn)生的，受迫振動會維持一定的振幅，對加工產(chǎn)生的危害比較大。只要在外界中存在干擾，那么受迫振動的危害就不會衰減，并且實踐證明，即使干擾力頻率固定，隨著干擾力的幅度值增大，受迫振動的幅度值也會不斷地增大。研究受迫振動的特性，我們可以知道受迫振動的頻率與干擾力的頻率相比總是相等或者是它的整倍數(shù)。因此，在以后的機(jī)械工作中，我們就可以依據(jù)這個規(guī)律來尋找控制機(jī)械受迫振動的方法。自激振動是在沒有外界干擾的情況下，由系統(tǒng)內(nèi)部本身激發(fā)反饋所產(chǎn)生的周期性振動，對于加工產(chǎn)生的危害很大，嚴(yán)重影響了機(jī)械加工。自激振動恰恰與受迫振動相反，自激振動是一種不衰減運動；自激振動的頻率與系統(tǒng)的固定系統(tǒng)規(guī)律相比較相等或者相似；在每個時間段內(nèi)獲得和消耗能量的比值是影響自激振動是否產(chǎn)生的關(guān)鍵因素。

2 機(jī)械加工中產(chǎn)生振動的原因

2.1 自由振動產(chǎn)生的原因

自由振動產(chǎn)生是由于外界干擾的原因，切削力突然變化，引起沖擊，系統(tǒng)平衡被破壞了。概括來說，去掉激勵或約束之后，機(jī)械系統(tǒng)所出現(xiàn)的振動。

2.2 受迫振動產(chǎn)生的原因

受迫振動是由于外界的持續(xù)刺激所產(chǎn)生的振動。機(jī)械加工中的受迫振動的激振力來自系統(tǒng)外部和系統(tǒng)內(nèi)部的交替變化。

產(chǎn)生于系統(tǒng)外部的持續(xù)干擾可能是受到其附近的別的機(jī)床或者機(jī)器的影響而引起的振動，影響機(jī)床振動的外部因素有很多，而且他們有一個共同的特點，即都是通過地基傳播的?？傊?，系統(tǒng)外部的這些因素給機(jī)械加工帶來的振動影響是不可抗拒的。

產(chǎn)生于系統(tǒng)內(nèi)部的持續(xù)干擾包括以下方面：機(jī)床自身電機(jī)引起的振動；高速回旋零件不平衡帶來的振動，如砂輪、齒輪等高速回旋零件；機(jī)床傳動機(jī)構(gòu)存在著缺陷而引起振動；切削操作過程自身的不均勻性，不連續(xù)性所帶來的的振動等。

機(jī)械加工過程中的受迫振動是在外界周期性的干擾作用下，振動系統(tǒng)受迫產(chǎn)生的振動。機(jī)械加工過程中的受迫和一般機(jī)械振動中的受迫相比較，沒有什么本質(zhì)的區(qū)別。

2.3 自激振動產(chǎn)生的原因

與受迫振動相比較，自激振動的產(chǎn)生并沒有受到周期性的外力干擾，它是由系統(tǒng)內(nèi)部刺激帶來的周期性振動。在某些情況下，機(jī)械加工刀具和工件會產(chǎn)生相對，這時候會在產(chǎn)品的表面上留下明顯的振紋。對于自激振動產(chǎn)生的原因，國內(nèi)外的專家對其進(jìn)行了研究，但迄今為止，并沒有一致的回答，因此對于自激振動產(chǎn)生的原因還有待我們進(jìn)步探索。

3 控制機(jī)械加工振動問題的相關(guān)措施

綜上分析可以知道，機(jī)械加工中的振動問題對于機(jī)械加工的質(zhì)量和生產(chǎn)效率有很大的影響，其振動會嚴(yán)重影響機(jī)械加工的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，所以我們必須要尋找方法控制機(jī)械振動。控制機(jī)械加工問題必須要使用科學(xué)的方法，可以采用以下措施：

3.1 消除或者減弱帶來振動的條件

3.1.1 減弱受迫振動產(chǎn)生的條件

首先，要減小內(nèi)部振源。機(jī)床上的高速回轉(zhuǎn)零件必須滿足動平衡要求，提高傳動元件及傳動裝置的制造精度和裝配精度，保持傳動平穩(wěn)，使動力源與機(jī)床分開。

其次，調(diào)整振源的頻率。通過改變傳動比，使可能引起受迫振動的振源頻率遠(yuǎn)離機(jī)床加工系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)的固有頻率，避免產(chǎn)生共振。

最后，采取隔振措施。通過隔振裝置隔離或者吸收振源產(chǎn)生的部分振動。隔振方法分為主動隔振和被動隔振兩種，分別通過阻止機(jī)內(nèi)振源和機(jī)外干擾力利用地基傳給機(jī)床。

3.1.2 減弱產(chǎn)生自激振動的條件

首先，減小切削的重疊系數(shù)。實踐證明，重疊系數(shù)越小，再生型就越不容易產(chǎn)生。加工方式、刀具的幾何形狀和切削用量等條件決定著重疊系數(shù)的大小。于是減小重疊系數(shù)就可以通過增加主偏角、增大進(jìn)給量和增加切削阻尼等方法。

3.2 提高工藝系統(tǒng)的動態(tài)特性

實踐證明，機(jī)械加工中的振動同時也取決于機(jī)械加工中的工藝系統(tǒng)具備的抗振性能。首先，我們可以提高工藝系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)的剛度，這將會對于提高機(jī)床加工系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很大作用；再次，可以加大工藝系統(tǒng)的阻尼。這樣可以通過增大部件之間的相對摩擦，制造零件時利用高內(nèi)阻材料等方式。由此可見，在控制機(jī)械加工中的振動問題中采取以上措施可以有效地提高機(jī)械加工系統(tǒng)的抗振功能。

3.3 利用多種減振裝置控制機(jī)械加工中的振動問題

控制機(jī)械加工中的振動問題，我們可以利用減振裝置。生活中常用的減振裝置包括動力減振器、摩擦減振器和沖擊減振器三種主要類型。動力減振器是利用附加質(zhì)量實現(xiàn)減弱機(jī)械加工中的振動問題，動力減振器操作起來比較方便，而且經(jīng)濟(jì)成本也不高，是一種性價比比較高的減震設(shè)置。摩擦減振器是通過摩擦阻尼來耗費振動的能量；沖擊減振器利用的原理是借助兩個物體互相接觸來消耗能量，從而實現(xiàn)對機(jī)械加工振動問題的控制。

由此可見，由于機(jī)械加工中的振動類型不同，自然而然產(chǎn)生振動的原因也就不同，所以我們針對于控制機(jī)械加工振動所采取的措施也要根據(jù)實際情況確定。

4 結(jié) 語

綜上所述，伴隨著社會主義市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的現(xiàn)代機(jī)械加工技術(shù)也在快速發(fā)展。但機(jī)械加工中的振動問題對于機(jī)械加工的質(zhì)量和生產(chǎn)效率都有很大的影響。由于機(jī)械振動的類型不同，所以我們要采取相應(yīng)的控制振動的措施。在以后的工作中，我們要深入研究機(jī)械加工過程中的振動問題，盡快尋找更多有效的途徑控制甚至消除機(jī)械加工振動，提高機(jī)械加工的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

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