研究機(jī)械加工過程中機(jī)械振動(dòng)的原因及處理措施

李文超

摘 要：機(jī)械振動(dòng)是機(jī)械加工過程中比較常見的現(xiàn)象之一，由于機(jī)械振動(dòng)的影響，對(duì)導(dǎo)致機(jī)械加工生產(chǎn)的效率的下降，同時(shí)也會(huì)造成加工產(chǎn)品表面質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，加速機(jī)械工具的過度耗損以及噪音污染等一系列問題的發(fā)生。本文主要對(duì)機(jī)械加工過程中，機(jī)械振動(dòng)的分類和特點(diǎn)進(jìn)行了闡述，對(duì)機(jī)械振動(dòng)的成因和影響展開了分析，同時(shí)對(duì)如何更好的解決機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的不利影響進(jìn)行了深入的研究。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；機(jī)械振動(dòng)；原因；特點(diǎn)；處理措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.048 在機(jī)械加工過程中，機(jī)械振動(dòng)是一種非常普遍的問題，它是一種物理現(xiàn)象所導(dǎo)致的。由于機(jī)械振動(dòng)會(huì)給機(jī)械加工生產(chǎn)產(chǎn)生一定的影響，在生產(chǎn)中如果振動(dòng)規(guī)模較大，超出一定范圍，就會(huì)影響機(jī)械生產(chǎn)的質(zhì)量和工具的使用壽命，機(jī)械振動(dòng)一方面會(huì)造成機(jī)械加工不能達(dá)標(biāo)，另一方面會(huì)導(dǎo)致機(jī)械工具的損壞，同時(shí)過度振動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的噪音，對(duì)生產(chǎn)一線工人的身體健康產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響。但是如果振動(dòng)幅度過小，也會(huì)造成低頻大波度的發(fā)生，影響機(jī)械加工的準(zhǔn)確度。因此在機(jī)械加工生產(chǎn)過程中，如何更好的管理和控制機(jī)械振動(dòng)，對(duì)機(jī)械加工正常開展起著至關(guān)重要的作用。

1 機(jī)械振動(dòng)的分類概述

機(jī)械振動(dòng)按照振動(dòng)形式的不同分為三大類，分別為自激振動(dòng)、強(qiáng)迫振動(dòng)以及自由振動(dòng)。

1.1 自激振動(dòng)形式

自激振動(dòng)是一種非線性運(yùn)動(dòng)，它是依靠自身產(chǎn)生的激勵(lì)作用來保持振動(dòng)的不斷進(jìn)行，也被簡稱為自振。它是產(chǎn)生于一種特定環(huán)境下的振動(dòng)，是不受外界激勵(lì)而產(chǎn)生的振動(dòng)形式，比如在磨削過程中，砂輪與工件通過相互摩擦發(fā)生作用，發(fā)生的振動(dòng)形式就是自激振動(dòng)。當(dāng)工件的剛性越低劣，產(chǎn)生的作用力就越大，由此產(chǎn)生的振動(dòng)也就越大了。

自激振動(dòng)主要有以下特點(diǎn)，首先，自激振動(dòng)的振動(dòng)頻率與振動(dòng)系統(tǒng)中的固有頻率基本一樣，分為高頻自激振動(dòng)和低頻自激振動(dòng)。其次，自激振動(dòng)的大小是由系統(tǒng)獲得能量的大小所決定。此外，自激振動(dòng)的干擾力伴隨這振動(dòng)停止而隨之停止。

1.2 強(qiáng)迫振動(dòng)形式

強(qiáng)迫振動(dòng)是指在具有一定規(guī)律外力驅(qū)動(dòng)的作用下產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)，例如在機(jī)械磨削時(shí)，皮帶與電動(dòng)機(jī)之間發(fā)生作用，由于皮帶的長度和厚度存在差異，就會(huì)引發(fā)振動(dòng)，這種振動(dòng)作用會(huì)造成機(jī)械加工的準(zhǔn)確度，造成產(chǎn)品質(zhì)量的下降，出現(xiàn)加工的工件粗糙或者達(dá)不到要求的標(biāo)準(zhǔn)水平。強(qiáng)迫振動(dòng)的特點(diǎn)主要由以下三點(diǎn)，振動(dòng)無法改變外界作用力，隨外界作用力的停止而消失，振動(dòng)的頻率與外界作用力頻率基本相同，或成倍數(shù)增長。如果外界作用力的頻率與振動(dòng)頻率一樣，則會(huì)出現(xiàn)共振。

1.3 自由振動(dòng)形式

自由振動(dòng)主要是指當(dāng)將所有激勵(lì)作用和強(qiáng)迫作用都取消后，機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生的一種振動(dòng)形式。自由振動(dòng)是依靠彈性恢復(fù)力保持振動(dòng)的延續(xù)，直到受到阻尼作用，振動(dòng)才會(huì)逐漸停止。機(jī)械系統(tǒng)決定了自由振動(dòng)運(yùn)動(dòng)頻率的大小，是系統(tǒng)一種自身固有的頻率。

2 機(jī)械振動(dòng)的原因分析

2.1 自激振動(dòng)形式產(chǎn)生的原因

發(fā)生自激振動(dòng)形式主要是由以下三個(gè)方面原因產(chǎn)生的：第一個(gè)方面，磨削過程中，切削工具與工件之間產(chǎn)生的作用力發(fā)生了變化，產(chǎn)生的振動(dòng)。第二個(gè)方面，由于金屬工件硬度不盡相同，造成產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，比方工件的表面與硬度過大時(shí)，會(huì)發(fā)生機(jī)床共振現(xiàn)象。第三個(gè)方面，在安裝切削工具時(shí)，當(dāng)工具桿過小，或者伸出過長，均會(huì)造成切削刀具的自激振動(dòng)。

2.2 強(qiáng)迫振動(dòng)形式產(chǎn)生的原因

發(fā)生強(qiáng)迫振動(dòng)形式主要是由以下三個(gè)方面原因產(chǎn)生的：第一個(gè)方面，高速回轉(zhuǎn)出現(xiàn)不平衡狀態(tài)，機(jī)械機(jī)床中高速回轉(zhuǎn)的零件非常多，其中包括主軸、電機(jī)、皮帶、磨床中的砂輪等等，就是由于出現(xiàn)不平衡狀態(tài)導(dǎo)致出現(xiàn)離心慣性作用。第二個(gè)方面，機(jī)床在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中出現(xiàn)一定的偏差。例如機(jī)床轉(zhuǎn)動(dòng)過程中齒輪組因?yàn)樽陨泶嬖谄睿瑢?dǎo)致發(fā)生額周期性的離心慣性作用。第三個(gè)方面，切削時(shí)出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象，切削屬于間歇性進(jìn)行一種操作，車削、拉削等操作就屬于切削的一種形式，這種周期性變化的切削形式會(huì)造成強(qiáng)迫性振動(dòng)。

2.3 自由振動(dòng)形式產(chǎn)生的原因

發(fā)生自動(dòng)振動(dòng)形式的主要原因是由于機(jī)械系統(tǒng)自身的彈力、重力作用下形成的，而沒有任何外力參與。因?yàn)榻M你和內(nèi)耗都是振動(dòng)系統(tǒng)中的一部分，比如簡諧振動(dòng)等，因此產(chǎn)生自由振動(dòng)的原因是由于彈性元件或者慣性元件引發(fā)的。

3 機(jī)械振動(dòng)解決的處理措施

3.1 自激振動(dòng)解決處理措施

首先，應(yīng)當(dāng)正確、合理的選擇機(jī)械刀具的參數(shù)設(shè)置，通過研究證實(shí)，機(jī)械刀具所選擇的參數(shù)設(shè)定與振動(dòng)有著很密切的關(guān)系。因此在對(duì)機(jī)械刀具進(jìn)行選擇時(shí)，應(yīng)首先確定其幾何參數(shù)。例如機(jī)械刀具的前角與機(jī)械振動(dòng)具有反比例關(guān)系，主偏角與振動(dòng)具有正比例關(guān)系，因此，選擇機(jī)械刀具的參數(shù)能夠有效的控制振動(dòng)的大小。其次，加強(qiáng)機(jī)械系統(tǒng)的防振能力。對(duì)于機(jī)械系統(tǒng)抗振能力對(duì)顫振的強(qiáng)弱起到關(guān)鍵性影響，所以，要降低顫振就需要提高抗振能力。第三，正確設(shè)定匹配加工的參數(shù)。機(jī)械加工過程中，應(yīng)選擇合理的進(jìn)刀范圍，走刀范圍以及機(jī)床的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，從而降低工件顫紋，加強(qiáng)表面的光潔度發(fā)揮了非常關(guān)鍵的作用。

3.2 強(qiáng)迫振動(dòng)的解決處理措施

首先，對(duì)外部環(huán)境的振動(dòng)源進(jìn)行有效的控制，當(dāng)機(jī)械工具轉(zhuǎn)速較高時(shí)，使用時(shí)需要對(duì)機(jī)械工具的平衡情況進(jìn)行檢測。例如，砂輪，因?yàn)槠浔旧砩沉３尸F(xiàn)不均勻的分布，所以在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)不均勻的磨損，導(dǎo)致平整度較差，砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)振動(dòng)問題，對(duì)主軸造成一定的破壞，因此要采取平衡檢測，確保砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的平穩(wěn)，此外正確的選擇傳動(dòng)帶也能鉤降低振動(dòng)和噪音等。第二，對(duì)振動(dòng)的原因進(jìn)行研究，簡諧振動(dòng)是造成強(qiáng)迫振動(dòng)的主要原因，因此作用力就會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)的發(fā)生。

3.3 自由振動(dòng)的解決處理措施

自由振動(dòng)是機(jī)械加工過程中永遠(yuǎn)存在的一種振動(dòng)形式，自由振動(dòng)屬于非外力作用下產(chǎn)生的振動(dòng)，其造成的損壞可以忽略掉。加強(qiáng)機(jī)械系統(tǒng)的質(zhì)量，改進(jìn)彈性元件，阻尼元件的性能，更好的降低自由性振動(dòng)的產(chǎn)生。

4 結(jié)語

本文介紹了機(jī)械振動(dòng)過程中機(jī)械振動(dòng)的類型、特點(diǎn)，并對(duì)這三種振動(dòng)類型的產(chǎn)生原因進(jìn)行了闡述，通過學(xué)習(xí)，使我們意識(shí)到振動(dòng)的負(fù)面影響，通過分析和研究，制定相應(yīng)如何降低振動(dòng)的措施和方法，建議推廣應(yīng)用

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