機(jī)械加工中振動的消除與利用

摘要：機(jī)械振動在機(jī)械加工中很常見，如何消除不利的振動以及如何利用有利的振動一直是機(jī)械加工中的重要研究課題之一。隨著機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代化的數(shù)控加工中心成為機(jī)械加工的主要設(shè)備，這種設(shè)備的應(yīng)用極大的提高了加工效率，但也出現(xiàn)了諸多問題影響加工質(zhì)量。本文主要闡述了振動對機(jī)械加工的不利影響，分析了振動的類型和產(chǎn)生原因，最后探討給出消除不利振動的途徑和方法。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；振動種類；消除振動

在機(jī)械加工中，振動大多會帶來不利影響。例如在車削過程中，如果有振動，刀具會產(chǎn)生微量位移，加工表面質(zhì)量會下降，甚至尺寸都會發(fā)生變化。比較嚴(yán)重的振動還會給刀具很大的反作用力，使刀具磨損加快或者崩刀，從而損壞加工系統(tǒng)。但是振動在某些方面也有一定作用，所以對于機(jī)械振動要分清振動原因，抑制有害振動，利用好有利振動，更好的服務(wù)于機(jī)械加工。

1振動的類型和產(chǎn)生原因

振動產(chǎn)生的原因有很多，按振動產(chǎn)生的方式不同，可把振動分為三類：自由振動、強(qiáng)迫振動、自激振動。下面對這三種振動進(jìn)行詳細(xì)分析。

1.1對自由振動進(jìn)行分析

自由振動是指在外力使單擺的擺球偏離平衡位置后，它就在系統(tǒng)內(nèi)部慣性力和重力作用下振動起來，不再需要外力的推動。它的振幅會衰減，但是頻率不會變。機(jī)械加工中，由于外界的瞬時(shí)沖擊力會使系統(tǒng)本身不平衡，從而產(chǎn)生振動，在系統(tǒng)本身的彈性力作用下，振動慢慢減小直到消失，這樣產(chǎn)生的振動主要是自由振動。

1.2對強(qiáng)迫振動進(jìn)行分析

強(qiáng)迫振動顧名思義就是在外界持續(xù)的干擾力的作用下引起的振動。例如車床加工時(shí)，工件對中性不好，在旋轉(zhuǎn)時(shí)就會產(chǎn)生周期性的振動，這就是強(qiáng)迫振動；另外刀具在加工工件時(shí)會受到工件的反作用力，也會產(chǎn)生強(qiáng)迫振動。

強(qiáng)迫振動的特點(diǎn)是：干擾力消失之前，振動不會減退；在干擾力消失過后，振動就會變?yōu)樽杂烧駝?，振幅逐漸減小，直到消失；而且振動的頻率和干擾力的頻率是一樣的，因而可以增大系統(tǒng)的阻尼，那么強(qiáng)迫振動的振幅就會減小，振動強(qiáng)度也會相應(yīng)減小，降低對系統(tǒng)的影響。

1.3對自激振動進(jìn)行分析

自激振動又稱為負(fù)阻尼振動。也就是說振動本身運(yùn)動所產(chǎn)主的阻尼力非但不阻止運(yùn)動反而將進(jìn)一步加劇這種運(yùn)動。這種振動與外界激勵無關(guān)，完全是自己激勵自己。例如在磨削加工時(shí)，砂輪磨鈍后與工件之間產(chǎn)生的振動就是自激振動。

自激振動的特點(diǎn)是：振動不會衰減，振幅反而會增大，而且振動的頻率和其他參數(shù)很大程度是由系統(tǒng)本身固有的參數(shù)決定的；自激振動是由振動過程本身產(chǎn)生的激振和反饋導(dǎo)致的，因此在外在干擾消失后，強(qiáng)迫振動就會消失。

2振動消除的措施

機(jī)械加工中的振動大多是強(qiáng)迫振動和自激振動，自由振動很少，而且自由振動可以被阻尼力迅速消除，因此在考慮消除振動時(shí)，一般針對的是自激振動和強(qiáng)迫振動。

2.1減小自激振動的措施

2.1.1科學(xué)選擇切削參數(shù)。切削參數(shù)由切削速度，進(jìn)給量和背吃刀量組成，不同的參數(shù)對振動的影響很大。例如背吃刀量或是進(jìn)給量太大會讓工件和刀具變形，振動會大幅增加；當(dāng)切削速度在20～60m/min的范圍內(nèi)，隨著切削速度增加，振幅增漲會很迅速，但是切削速度在這個(gè)范圍之外時(shí)，隨著切削速度增加，振動會逐漸減弱。

2.1.2增強(qiáng)加工系統(tǒng)本身的抗振性。在上述的分析中可知，自激振動和系統(tǒng)本身參數(shù)有很大關(guān)系，因此增強(qiáng)加工系統(tǒng)本身的抗振性可以有效的減輕振動。例如可以對機(jī)床的剛性進(jìn)行合理改善，改進(jìn)工件裝夾方式提高剛度，刀具也可以選擇抗振性好的材料。

2.1.3在加工系統(tǒng)中添加消振裝置。在加工系統(tǒng)中添加消振裝置一般就是在系統(tǒng)中裝入吸震器。吸震器主要分為兩種：動力式吸震器和沖擊式吸震器。動力式吸震器就是在系統(tǒng)中設(shè)置幾個(gè)大的質(zhì)量塊，激振力作用在質(zhì)量塊上不會使質(zhì)量塊產(chǎn)生大的振動，激振力就變?yōu)橘|(zhì)量塊的微量位移，保護(hù)了系統(tǒng)本身。沖擊式吸震器在消振原理上和動力式吸震器是相似的，也是使用質(zhì)量塊緩和沖擊力，不同的是質(zhì)量塊會振動，而后是自由振動，慢慢的通過阻尼來消除振動。

2.2減少強(qiáng)迫振動的措施

2.2.1消除或者減弱振源的。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動中，如果零件的對中性不好，轉(zhuǎn)速增大就會產(chǎn)生很大強(qiáng)迫振動。例如車削軸類零件時(shí)，零件圓柱度不好，旋轉(zhuǎn)離心力會很大；磨削時(shí)，砂輪磨損后型心和重心不重合，旋轉(zhuǎn)時(shí)會導(dǎo)致主軸的振動。改善工件的裝夾，或是對工件先粗加工使圓柱度滿足要求再精加工；對于砂輪可以更換新的砂輪，再進(jìn)行兩次的平衡實(shí)驗(yàn)來修正，這樣從振動源頭消除激振力可以非常好的減弱振動。

2.2.2防止共振的產(chǎn)生。在振動源的頻率和被振物體的頻率一致時(shí)，會產(chǎn)生共振，加大振動強(qiáng)度，因此必須使這二者的頻率有所不同。改變系統(tǒng)的固有頻率可以改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變系統(tǒng)放置位置，也可以讓裝配時(shí)各個(gè)結(jié)合面的精度提高等等。

2.2.3可以采用隔振手段。機(jī)床電機(jī)和機(jī)床床身的連接處可以使用橡膠墊片，緩和沖擊；同時(shí)可以在系統(tǒng)中添加液壓緩沖裝置，減少部件換向時(shí)造成的沖擊力；機(jī)床與地基之間可以加入木板，使機(jī)床與地面隔斷，防止別的振動通過地面的傳導(dǎo)影響機(jī)床。

3機(jī)械加工過程中振動的有效利用

機(jī)械加工過程中對于振動的有效利用最典型的就是振動切削。振動切削就是將工件和刀具之間的空間和接觸時(shí)間進(jìn)行合理的改變，切削時(shí)所需時(shí)間短，能夠迅速完成切入切出過程，由于時(shí)間短暫，在進(jìn)行切削時(shí)工件還沒來得及振動，刀具就已經(jīng)離開工件，這樣可以大幅降低切削力和切削熱，使切削的質(zhì)量得以提升，同時(shí)提高加工的時(shí)效性。

4結(jié)語

對于機(jī)械加工中產(chǎn)生的振動進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的分析，弄清楚振動的類型和原因，了解振動對加工的影響，并且加以解決。但是振動很復(fù)雜，很難用完整的數(shù)學(xué)模型來分析計(jì)算，只能通過經(jīng)驗(yàn)計(jì)算來替代，而且振動是不可能完全消除，在加工過程中，振動也不都是越小越好。隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展和對振動的深入研究，我們一定可以對加工中產(chǎn)生的振動進(jìn)行合理的運(yùn)用，更好的提高加工精度，從而使零件質(zhì)量提高。

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作者簡介：寇龍（1994.04.01）男，民族：漢，籍貫：四川省西昌市。endprint