機(jī)械加工振動的分析及控制淺析

李文博，鄭祥東

(大慶油田路橋工程有限責(zé)任公司，黑龍江 大慶 163453)

機(jī)械加工振動的分析及控制淺析

李文博，鄭祥東

(大慶油田路橋工程有限責(zé)任公司，黑龍江 大慶 163453)

介紹以往生產(chǎn)經(jīng)驗，對機(jī)械加工的振動產(chǎn)生的原因以及控制措施進(jìn)行了簡單分析。對常見的振動問題進(jìn)行分析，從多個角度出發(fā)確定其發(fā)生的原因，采取措施進(jìn)行處理，減少甚至消除振動問題的發(fā)生。

機(jī)械加工；振動；問題控制

在機(jī)械加工過程中出現(xiàn)振動問題，將會直接對產(chǎn)品表面質(zhì)量產(chǎn)生影響，無法達(dá)到專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在機(jī)械加工數(shù)字化與智能化水平不斷提高，設(shè)備工藝也在不斷更新，可以更大程度上來提高加工效率與產(chǎn)品質(zhì)量。但是就實際加工現(xiàn)狀來看，因為工件與刀具之間為特定周期性運(yùn)動，加工時會存在不同程度的振動問題，為消除其對產(chǎn)品造成的影響，必須要采取有效措施進(jìn)行處理，從根源上來避免問題的發(fā)生。

1 機(jī)械加工振動影響分析

防，消除振動帶來的不利影響。

2 機(jī)械加工振動問題發(fā)生原因

機(jī)械加工振動主要包括受迫振動、自動振動以及自激振動三種類型，且發(fā)生原因不同，對產(chǎn)品質(zhì)量以及設(shè)備性能等造成的影響也各不相同。其中，受迫振動主要是因為受到系統(tǒng)內(nèi)外因素干擾，維持一定振幅，對產(chǎn)品質(zhì)量影響嚴(yán)重，并且控制處理難度大，只要內(nèi)外干擾因素不完全去除，受迫振動強(qiáng)度將不會減小，產(chǎn)生的影響也依然存在。即便是干擾頻率保持穩(wěn)定不變，在干擾力幅度值不斷增加情況下，受迫振動幅度值也會隨之增加。自由振動發(fā)生則是因為切削力變化明顯，產(chǎn)品受到的外部沖擊力過大，導(dǎo)致機(jī)械加工生產(chǎn)平衡狀態(tài)被打破，系統(tǒng)僅利用彈性恢復(fù)力進(jìn)行維持。但是因為其可以采取措施處理，使其迅速衰減，對產(chǎn)品與設(shè)備產(chǎn)生的影響比較小。

自激振動與受迫運(yùn)動特點相反，其整個過程不存在衰減情況，其振動頻率與系統(tǒng)固定系統(tǒng)規(guī)律相同，為緩解其影響需要掌握各時間段內(nèi)所獲得以及消耗能量比值，此為自激振動產(chǎn)生的關(guān)鍵因素。無論是哪種類型的振動，在發(fā)生后如果不及時采取措施處理，均會對機(jī)床設(shè)備以及產(chǎn)品質(zhì)量造成影響。受振動影響，加工時工件與刀具移動，造成產(chǎn)品表面粗糙度增加，甚至?xí)a(chǎn)生劃痕，同時還會加速刀具的磨損，縮短機(jī)床、夾具服務(wù)壽命，并且還會伴隨產(chǎn)生噪聲，必須要基于不同振動類型發(fā)生原因，有針對性的采取措施進(jìn)行預(yù)

2.1 受迫振動

受迫振動產(chǎn)生的原因主要是受到加工系統(tǒng)內(nèi)外因素的干擾，外界存在持續(xù)刺激，并且加工時系統(tǒng)內(nèi)外交替變化而對產(chǎn)品以及設(shè)備產(chǎn)生影響。其中，外部因素可能是受附近機(jī)床運(yùn)行影響，設(shè)備安裝時間距控制不當(dāng)，機(jī)床或機(jī)器之間運(yùn)行存在較大影響，加工時引起振動，并且可以通過地基進(jìn)行傳播，在預(yù)防處理上存在較大難度，因為其在實際生產(chǎn)中是無法完全避免的。而內(nèi)部因素的存在主要為機(jī)床自身電動機(jī)振動、高速回旋零件不平衡、機(jī)床傳動機(jī)構(gòu)自身缺陷等產(chǎn)生的振動。另外如果產(chǎn)品在加工切削環(huán)節(jié)操作失誤均勻性不達(dá)標(biāo)，或者是無法連續(xù)作業(yè)，也會造成機(jī)械振動。機(jī)械加工過程中受迫振動干擾存在一定干擾性，并且與一般機(jī)械振動中的受迫振動相比差異非常小，可以基于以往經(jīng)驗來制定預(yù)防控制方案，最大程度上來降低其對產(chǎn)品加工質(zhì)量的影響。

2.2 自由振動

自由振動主要是受到外部環(huán)境因素的干擾，切削力變化明顯產(chǎn)生沖擊，機(jī)械加工系統(tǒng)平衡被打破。本質(zhì)上就是將激勵或者約束去除后機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生的振動，與其他類型的振動問題相比，在預(yù)防和控制上難度較小，可以取得良好的效果。

2.3 自激振動

自激振動的產(chǎn)生不會受外力周期性干擾，主要是因為系統(tǒng)內(nèi)部刺激造成的周期性振動。在機(jī)械加工過程中，很多情況下加工刀具會與工件處于相對狀態(tài)，便會在產(chǎn)品表面上產(chǎn)生明顯的振紋，影響產(chǎn)品質(zhì)量。就機(jī)械加工自激振動問題的研究現(xiàn)狀來看，并沒有統(tǒng)一確定其產(chǎn)生原因，相應(yīng)的在加工階段中對控制措施的選擇具有更大的靈活性，但是想要獲得明顯的效果，還需要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上持續(xù)研究。

3 機(jī)械加工振動控制措施

3.1 受迫振動控制

對于機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的受迫振動問題，因為其穩(wěn)定狀態(tài)為簡諧振動，在消除交變激振力后，系統(tǒng)內(nèi)所受大的受迫振動將會停止。并且，受迫振動保持與外界激振力頻率一致，不受系統(tǒng)固有頻率影響。另外，受迫振動幅值與激振力幅值以及系統(tǒng)動態(tài)特性有關(guān)，需要進(jìn)行綜合分析。想要消除受迫振動，避免其對加工系統(tǒng)的影響，首先需要確定振源，然后根據(jù)實際情況采取相應(yīng)措施處理。據(jù)此可以從以下幾個方面來采取措施控制。

（1）減小激振力。對于轉(zhuǎn)速超過600r/min的機(jī)床零件，如卡盤、砂輪、刀盤以及電動機(jī)轉(zhuǎn)子等，需要進(jìn)行平衡達(dá)到降低甚至消除激振力的目的。同時還可以提高鏈傳動、帶傳動、齒輪傳動等傳動裝置的穩(wěn)定性，常見的如利用完善帶接頭膠合平帶，或者是利用斜齒輪代替直齒輪等，降低系統(tǒng)換向速度。

（2）調(diào)整振源頻率。在確定系統(tǒng)加工轉(zhuǎn)速時，盡量將引起受迫振動的振源頻率遠(yuǎn)離系統(tǒng)固有頻率，以免在加工過程中產(chǎn)生共振加大影響。同時，還應(yīng)設(shè)置減振設(shè)備，將消振、減振附件添加到加工系統(tǒng)內(nèi)，有效吸收或者消除振動能量，降低振動產(chǎn)生的影響，同時還可以在一定程度上抑制自激振動，具有良好的實用效果。

（3）隔振措施。對加工系統(tǒng)應(yīng)用隔振措施，即利用彈性隔振裝置對需要防振處理的機(jī)床或部件與振源進(jìn)行有效隔離，通過吸收的大部分振動能量后，減少對系統(tǒng)的影響。常見的如對電動機(jī)與機(jī)床設(shè)置橡膠墊隔離振源，并在機(jī)床下安裝隔振器，或者是在機(jī)床四周開挖隔振溝，并在溝內(nèi)填充纖維、鋸木屑、軟木等。另外，還應(yīng)對加工系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，提高其剛度與阻尼，增強(qiáng)系統(tǒng)抗振能力。例如提高聯(lián)接部件接觸剛度，應(yīng)用阻尼較大材料制造相關(guān)材料等。

3.2 自激振動控制

自激振動主要是因為產(chǎn)品切削加工過程中產(chǎn)生顫振造成，其雖然具有不衰減特點，但是當(dāng)切削工藝停止后，顫振將會隨之消失。對其運(yùn)行特點來看，顫振頻率接近于系統(tǒng)固有頻率，顫振能否產(chǎn)生以及維持主要受每個振動周期內(nèi)輸入和消耗能量比?；诖嗽趯ψ约ふ駝舆M(jìn)行控制時，可以從以下幾個方面來進(jìn)行。

（1）科學(xué)確定切削用量。為提高產(chǎn)品加工效率，一般會選擇較高的切削速度，在速度為20～70m/min時，系統(tǒng)產(chǎn)生自振的概率大，除去此范圍則振動會相對較低，可以根據(jù)實際情況來確定切削速度。另外，就以往經(jīng)驗來看，進(jìn)給量和背吃刀量均與振幅有著密切聯(lián)系，并且在應(yīng)用較大進(jìn)給量與較小背吃刀量時系統(tǒng)顫振最小。

（2）提高系統(tǒng)抗振性。加工系統(tǒng)自身具有較高的抗振性能，將會降低自激振動對產(chǎn)品加工結(jié)果的影響。因此，可以采取措施來提高系統(tǒng)接觸剛度，例如刮研接觸面，減少主軸系統(tǒng)軸承間隙，并對滾動軸施加一定預(yù)緊力來提高頂尖孔研磨質(zhì)量。另外，在對細(xì)長軸進(jìn)行加工時，如果工件剛性比較差，很容易因為彎曲變形產(chǎn)生振動，因此需要設(shè)置彈性頂尖與輔助支承提高工件抗振性，并且還要利用切削液來減小工件的熱膨脹變形。

4 結(jié)語

機(jī)械加工過程中受工藝系統(tǒng)內(nèi)外因素影響而產(chǎn)生振動，并且振動類型不同產(chǎn)生的原因以及影響差異較大，對其控制措施進(jìn)行分析，需要確定各類型振動產(chǎn)生原因，從多個方面著手，提高系統(tǒng)抗振性，減少振動問題的發(fā)生。

[1]呂游,程忠平．機(jī)械加工中的振動問題及其控制[J]．科技展望,2016,(04):65．

[2]李文憑．淺談機(jī)械加工中的振動問題及其控制措施[J]．科技展望,2015,(14):74．

[3]曹婷婷．機(jī)械加工中的振動問題及其控制措施分析[J]．企業(yè)技術(shù)開發(fā),2014,(09):82-83．

[4]王海珍,李玉平．機(jī)械加工中的振動分析及控制措施[J]．機(jī)械制造與自動化,2008,(06):31-33．

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1671-0711（2017）10（上）-0135-02