機(jī)械加工過程中機(jī)械振動(dòng)的成因分析

余建國(guó)

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)械加工水平也不斷提高。在加工過程中經(jīng)常出現(xiàn)機(jī)械振動(dòng)就會(huì)對(duì)機(jī)械加工造成不利的影響，因此有必要對(duì)機(jī)械加工過程中機(jī)械振動(dòng)的成因進(jìn)行深入研究，以便更好的保證工件的表面質(zhì)量，并結(jié)合具體原因制定解決方案，減少振動(dòng)的發(fā)生，提高加工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；機(jī)械振動(dòng)；成因分析

1 機(jī)械加工中機(jī)械振動(dòng)的分類

1.1 強(qiáng)迫振動(dòng)

強(qiáng)迫振動(dòng)是機(jī)械加工過程中較為常見的振動(dòng)類型之一，產(chǎn)生這一振動(dòng)的主要原因是由于在機(jī)械加工過程中受到外界周期性干擾的影響，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備系統(tǒng)出現(xiàn)強(qiáng)迫振動(dòng)現(xiàn)象。同時(shí)由于外界力量所產(chǎn)生的干擾具有周期性的特點(diǎn)，因此可以提供持續(xù)的動(dòng)力機(jī)械振動(dòng)。也就是說，只要有外力干擾，振動(dòng)將不會(huì)停止。其中強(qiáng)迫振動(dòng)的特點(diǎn)主要有：一是干擾力不會(huì)受到強(qiáng)迫振動(dòng)的影響而改變；二是強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率與外界周期干擾力的頻率具有一定關(guān)系，頻率相同或者存在整倍數(shù)關(guān)系；三是當(dāng)外界干擾力的頻率與系統(tǒng)固有頻率的比值等于或接近時(shí)，機(jī)械系統(tǒng)則會(huì)產(chǎn)生共振，并且在這種情況下，所產(chǎn)生的振幅將達(dá)到最大值。

1.2 自激振動(dòng)

自激振動(dòng)是在機(jī)械加工過程中所出現(xiàn)的交替周期振動(dòng)，是在一定相互作用下產(chǎn)生的。其中自激振動(dòng)表現(xiàn)的特點(diǎn)主要有：一是自激振動(dòng)的頻率與系統(tǒng)固有頻率具有一定關(guān)第，通常會(huì)表現(xiàn)為處于等于或接近的狀態(tài)；二是自激振動(dòng)的產(chǎn)生及其振幅受到多種因素影響，通常會(huì)取決于系統(tǒng)所獲得的能量與阻尼消耗能量的對(duì)比情況；三是因?yàn)槌掷m(xù)自激振動(dòng)的干擾力是由振動(dòng)過程本身激發(fā)的，所以當(dāng)外界振動(dòng)中止， 其干擾力及能量補(bǔ)充過程也就會(huì)立即消失。

2 產(chǎn)生機(jī)械加工振動(dòng)的原因分析

2.1 產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)的原因

在加工過程中容易出現(xiàn)的強(qiáng)迫振動(dòng)，產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)有內(nèi)部因素和外部因素，但主要受到內(nèi)部因素的影響，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是機(jī)床上回轉(zhuǎn)件不平衡影響了機(jī)械整體離心力發(fā)生周期性變化。這一狀況通常會(huì)由電機(jī)或卡盤、皮帶輪回轉(zhuǎn)不平衡引起。二是因?yàn)闄C(jī)床傳動(dòng)零件的缺陷情況導(dǎo)致周傳動(dòng)力的期性變化。如因拖板間的塞鐵間隙過大、刀架、主軸軸承等機(jī)床部件發(fā)生松動(dòng)或制作誤差而引起。三是切削力由于切削過程的不均勻性引起。引發(fā)強(qiáng)迫振動(dòng)的外部因素主要是地基振動(dòng)因素引起。如機(jī)械加工現(xiàn)場(chǎng)地的沖壓機(jī)械在加工過程中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈地基振動(dòng)，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)迫產(chǎn)生振動(dòng)的。

2.2 產(chǎn)生自激振動(dòng)的原因

在機(jī)械加工過程中，自激振動(dòng)會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)，造成自激振動(dòng)發(fā)生的原因主要有：一是在切削零件過程中，由于刀具在實(shí)際加工過程中與工件之間會(huì)發(fā)生摩擦，進(jìn)而導(dǎo)致自激振動(dòng)。二是在加工過程中，因?yàn)樵谔厥馇闆r下，受到設(shè)備硬度不均勻的影響，會(huì)直接造成崩刀現(xiàn)象，從而引發(fā)自激振動(dòng)。三是由于刀具安裝剛性差等因素影響刀桿發(fā)生顫動(dòng)。四是工件剛性差所導(dǎo)致。

3 防治機(jī)械振動(dòng)的對(duì)策建議

3.1 降低強(qiáng)迫振動(dòng)的具體方式

一是降低激振力。為了減小振動(dòng)過程中的不平衡問題，可以減少?zèng)_擊力和系統(tǒng)離心力。設(shè)置自動(dòng)平衡裝置，合理安裝切刀裝置或采取靜態(tài)和動(dòng)態(tài)平衡措施。同時(shí)為了提高傳動(dòng)裝置的穩(wěn)定性，保證傳動(dòng)帶的質(zhì)量，最好使用斜齒輪，將飛輪安裝在主軸上，保證軸的加工精度，改進(jìn)軸輪的安裝質(zhì)量。二是要降低外來因素所產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)機(jī)械設(shè)備造成的影響。在機(jī)械加工中通過合理劃分機(jī)床功率可以使用隔振材料，有效減少外部振動(dòng)對(duì)設(shè)備的影響。在加工設(shè)備和地面間加隔振材料、彈性木或硬橡膠墊，有效地防止強(qiáng)迫振動(dòng)。三是提高系統(tǒng)阻尼。為了減少機(jī)械加工過程中所產(chǎn)生的振動(dòng)，需要進(jìn)一步提高機(jī)械設(shè)備的剛性和穩(wěn)定性，同時(shí)提高阻尼系數(shù)也是解決該問題的有效措施。比如適當(dāng)安裝阻尼器可以增加系統(tǒng)的阻尼，在機(jī)床的主軸支撐處安裝混凝土阻尼材料，可以更有效地提高阻尼裝置的效率，促進(jìn)設(shè)備穩(wěn)定性的提高。

3.2 減少自激振動(dòng)的措施

一是合理選擇切削用量。從實(shí)驗(yàn)得知，切削速度提高一倍，切削溫度約增高30%～40%所以切削速度會(huì)對(duì)刀具壽命產(chǎn)生很大影響。通過合理提高切削速度可以有效控制切削溫度的上升，進(jìn)而保證機(jī)械刀具壽命。針對(duì)不同類型的機(jī)械加工條件，按照不同加工工件的硬度，進(jìn)一步合理改變切削速度。二是選擇合適的切削參數(shù)。進(jìn)給量和切削深度對(duì)工件的影響也很大，可以使用高速或低速切削模式，如果必須保證加工表面粗糙度要求不高，可適當(dāng)選擇大的進(jìn)給量，以滿足加工的需要，提高加工效率。工件表在粗糙度要求較高時(shí)，就必須降低進(jìn)給量。三是合理選用刀具的幾何參數(shù)。在刀具的選擇過程中應(yīng)該按照刀具幾何參數(shù)要求進(jìn)行合理選擇。刀具主偏角和前角等幾何參數(shù)與振動(dòng)之間的關(guān)系最為密切，在實(shí)際切削情況下，可以適當(dāng)增大前角與主偏角，后角在滿足要求的前提下，可以盡量取小，以便達(dá)到減小機(jī)械振動(dòng)的目的。因此，確定合理的刀具幾何參數(shù)能夠有效減少自由振動(dòng)的發(fā)生。四是提高機(jī)械系統(tǒng)的抗振性。工藝系統(tǒng)所具有的抗振性能本身就會(huì)對(duì)機(jī)器振動(dòng)性能產(chǎn)生很大的影響，所以為了減少振動(dòng)的影響，就需要提高機(jī)械加工工藝系統(tǒng)。針對(duì)機(jī)械加工工件的接觸面需要不斷提高剛度，并嚴(yán)格控制工件的磨削質(zhì)量，確保機(jī)械設(shè)備的主軸和軸承預(yù)緊力以便提高頂孔之間的間隙。合理使用帶有減振裝置的設(shè)備，用各種系統(tǒng)的工藝方法可以降低減振措施以吸收振動(dòng)能量。阻尼裝置具有良好的效果，可以有效地提高強(qiáng)迫振動(dòng)的平整度。

4 結(jié)束語

總而言之，機(jī)械加工是機(jī)械加工生產(chǎn)的重要方面，保證機(jī)械加工質(zhì)量就是促進(jìn)機(jī)械生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)。在機(jī)械加工過程中，機(jī)械振動(dòng)具有許多特點(diǎn)，其原因也是多方面的。本文對(duì)機(jī)械加工過程中機(jī)械振動(dòng)的成因進(jìn)行了分析，可以按照產(chǎn)生振動(dòng)的特點(diǎn)和原因并采取相應(yīng)的控制和改進(jìn)策略，以便對(duì)振動(dòng)進(jìn)行有效預(yù)防，確保機(jī)械加工的順利進(jìn)行，提高產(chǎn)品的加工質(zhì)量。

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