機械加工中振動問題的解決措施

何曉飛

摘 要：機械加工中的振動問題一直是困擾機械加工精準度的主要因素之一，不僅如此，機械加工中的振動對設備和加工人員也會帶來一定的危害。文章根據不同的振動類型，分別提出控制受迫振動和自激振動的措施。

關鍵詞：機械加工；受迫振動；自激振動

引言

在科學技術快速發(fā)展的推動下，我國機械加工領域普及數字化控制技術的程度越來越廣。數字化技術控制的機械加工不僅可以實現智能化控制加工，機械加工的速度、效率和精密程度也遠遠高于傳統(tǒng)機械加工[1]。雖然數字化控制的機械加工具有諸多優(yōu)點，然而刀具和工件之間長期處于周期性運動狀態(tài)，數字化控制的機械加工系統(tǒng)難免發(fā)生振動，而系統(tǒng)發(fā)生振動會給機械加工帶來一系列的問題，對零部件精準度的影響更甚。但是工業(yè)的快速發(fā)展對機械加工零部件精準度的要求不降反增，因而有必要解決機械加工中的振動問題，提高加工質量和加工效率。

1 機械加工中振動的危害

對機械加工而言，振動是一種非常有害的物理現象，而且隨著工業(yè)和機械加工技術的發(fā)展，機械加工產生的振動帶來的危害進一步顯現。機械加工產生中的振動的危害主要體現在對機械加工人員、零部件以及機械設備三個方面。首先，機械加工產生的振動往往伴隨著超高分貝的噪音，長期處于高分貝噪音環(huán)境下工作，加工人員的聽覺器官容易受損，造成聽力下降。其次，機械加工產生的振動會影響刀具和工件發(fā)生位移而脫離正常位置，并在零部件的表面留下振痕，輕則影響零部件的外觀，重則影響零部件的品質而不能使用。最后，對加工設備而言，在加工設備發(fā)生振動時會產生附加動載荷，附加動載荷會作用在刀具上，加速刀具磨損速度，甚至引起刀具出現崩刃。不僅如此，振動會引起加工設備的連接部分發(fā)生松動，如機床和夾具，并且松動的間隙會隨著振動時間不斷增加。而設備松動不僅影響加工零部件的精準度，更會影響設備的使用壽命。如果間隙過大，設備可能因此停止工作，給加工企業(yè)正常的生產運行帶來一定麻煩。

2 解決機械加工中振動問題的措施

根據機械加工中振動產生的原因可以將振動分為受迫振動和自激振動兩種，振動有不同的類型，產生振動的條件也大不相同，消除不同振動的措施也不同。

2.1 解決受迫振動的措施

消除受迫振動產生的條件有減小激振力、調整振源的頻率、采取隔振措施和增加系統(tǒng)阻尼四種方式。第一，激振力由回轉不平衡質量引起，減少激振力的本質是減少回轉元件在離心力影響下產生的慣性和沖擊力[2]，滿足機床上高速回轉零件對動平衡的要求，保證傳動元件和傳動裝的運行精準度不受振動的影響，保證傳動始終處于平衡狀態(tài)，分離機械設備的動力裝置和機床。減少激振力可以采用在轉速超過60rad/min的回轉元件安裝自動平衡裝置、提高傳動裝置和傳動的穩(wěn)定性來實現。第二，而調整振源的頻率是通過改變傳動比的方式防止振源和加工設備產生共振。常用的方法有調節(jié)激振力頻率、拉大工藝系統(tǒng)部件固有頻率和共振區(qū)頻率的差異、調節(jié)加工系統(tǒng)運動參數等方式。第三，隔震措施可通過安裝隔震或者在振源處安裝吸振設施來實現，通常有主動式隔離和被動式隔離，主動式隔離是防止機內振源對機床干擾，而被動式隔離是采取挖防振溝、墊彈性橡膠等方式防止振動由地基傳至機床。第四，增加系統(tǒng)阻尼的本質是提高機械設備運動的剛度和振動穩(wěn)定性的有效性?？梢酝ㄟ^適當預緊滾動軸承、在零部件臂中加入高阻尼的材料、在加工系統(tǒng)的有關部件表層噴涂高內阻的黏性材料、加裝電流變液阻尼器等方式，而提高系統(tǒng)的剛度可以通過提高設備結構的剛度來實現[2]。

2.2 解決自激振動的措施

自激振動也叫顫振，和受迫振動相比，自激振動的頻率更高，振動也更加強烈，而且自激振動的產生多有零部件的切削過程產生，因此，消除自激振動要從重疊系數、刀具的幾何參數、切削用量以及設備和刀具的位置四個方面入手。首先，自激振動和重疊系數有關，而重疊系數的大小受加工方式、刀具幾何形狀以及切削用量的影響，因此，減小重疊系數也只需要通過改變切削用量以及刀具的幾何方式就可以實現，從而有效提高刀具切削的穩(wěn)定性能。其次，合理選擇刀具的幾何參數。刀具的幾何參數中，主偏角對自激振動的影響最大，加工零部件過程中可以適當增加主偏角或前角，減小后角，以降低振幅。但是過度減小后角，反而會增加自激振動。第三，合理選擇切削用量。選取較大的進給量和較小的切削深度可以減少自激振動，如果零部件沒有特殊加工要求，可使用高速或低速的切削方式，以防出現自激振動。此外，如果加工表面可以允許有一定的粗糙程度，可以采用選取較大進給量的方式預防自激振動[3]。最后，合理安排機床和刀具?？梢酝ㄟ^合理選擇剛度比和方位角度，以提高加工系統(tǒng)的抗振性能，降低自激振動。

3 結束語

雖然振動在機械加工過程中難以避免，但是只要認真分析振動產生的原因和特性，并制定有針對性的控制措施，就可以有效減少振動帶來的影響，提高生產效率和改善工作環(huán)境。但是，近年來，科研人員不滿足如何控制振動，而是科學合理地利用振動，以改善加工工藝，提高切削質量和生產效率，如何合理利用振動也成為科研人員未來研究的重點。

參考文獻

[1]曹婷婷.機械加工中的振動問題及其控制措施分析[J].企業(yè)技術開發(fā)，2014（9）.

[2]于濤.機械加工過程中的振動特點及預防措施[J].科技創(chuàng)新與應用，2014（9）.

[3]宮篤篪.淺議機械加工中的振動消除與利用[J].裝備制造技術，2010（10）.