機(jī)械加工過程中機(jī)械振動的成因及解決措施

胡 燁，陶小培

（漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 漯河 462000）

在機(jī)械加工過程中，機(jī)械振動是普遍存在的，其產(chǎn)生的原因是多方面作用的結(jié)果。機(jī)械振動不僅會降低機(jī)械加工的速率，而且會影響被加工零件的質(zhì)量，造成生產(chǎn)浪費(fèi)，危害巨大。因此，要針對機(jī)械加工的不同類型，分析振動現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因，采用科學(xué)的措施來解決機(jī)械振動，提升生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

1 機(jī)械加工過程中機(jī)械振動種類及其成因

在機(jī)械加工過程中，人們針對不同機(jī)械振動產(chǎn)生的原因?qū)C(jī)械振動分為：自由振動、自激振動和受迫振動，下面，將對這3種振動種類進(jìn)行分析。

（1）自由振動及其成因。自由振動主要是在機(jī)械加工過程中，激振力會作用于系統(tǒng)中，會使系統(tǒng)處于失衡狀態(tài)產(chǎn)生的振動。是加工過程中最普遍也是最簡單的振動類型，在其產(chǎn)生后，如果不再對其施加外力，會不斷減少，因此，自由振動所產(chǎn)生的影響微乎其微，可以忽略不計(jì)。

自由振動主要是以下兩方面所導(dǎo)致的：一方面，是切削力的突然變化；另一方面，是外力的持續(xù)作用。正常情況下，自由振動會隨著振動阻尼的作用而逐漸減少，進(jìn)而消失，影響較小。

（2）自激振動及其成因。自激振動是系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的交變力作用的結(jié)果，且只受交變力的影響。如果不能進(jìn)行科學(xué)抑動，可能會導(dǎo)致振動幅度繼續(xù)增大。自激振動的的頻率受系統(tǒng)頻率所影響，且其強(qiáng)度由振動系統(tǒng)能量的多少所決定，能量補(bǔ)充會隨著振動終止而消失。

自激振動主要是以下5方面所導(dǎo)致的：①刀具與工件在加工過程中摩擦力發(fā)生變化，進(jìn)而引發(fā)了自激振動；②在加工過程中，工件剛度不一，材料分布不均，使刀具在使用過程中出現(xiàn)崩刀；③刀因自身剛度差而在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生振動，產(chǎn)生了自激振動；④在加工過程中產(chǎn)生的積屑沉積，而且沒有及時(shí)清理，使刀具和積屑之間的作用力不穩(wěn)定，造成自激振動；⑤在加工過程中沒有對切削用量進(jìn)行科學(xué)制定，使自激振動產(chǎn)生。

（3）受迫振動及其成因。受迫振動是最主要的振動類型，主要是受外力作用而產(chǎn)生，這種外力與加工過程本身沒有管理，會因外力的消失而停止。但這種外力有其周期性，因此，受迫振動對工作運(yùn)行的影響較大。其頻率與外力的頻率具有極高的吻合度，甚至?xí)a(chǎn)生共振，破壞力巨大。

受迫振動是內(nèi)、外因綜合作用下的成果。其內(nèi)因主要有以下3點(diǎn)：①系統(tǒng)在安裝過程中存在誤差，產(chǎn)生離心力，使系統(tǒng)自身產(chǎn)生診斷；②主輪、皮帶等零部件在運(yùn)作過程中不平衡，同樣也會產(chǎn)生離心力；③機(jī)械系統(tǒng)在進(jìn)行切削時(shí)，會存在間歇性的節(jié)奏交替，產(chǎn)生離心力。其外因主要有以下2方面：①地基震動，如沖床等機(jī)械所造成的振動；②機(jī)械加工設(shè)備的慣性力，如機(jī)械設(shè)備在進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動過程中，會產(chǎn)生慣性力，加重了受迫振動。

2 機(jī)械加工過程中機(jī)械振動的解決措施

三種機(jī)械振動在機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的幾率大不相同，最高的是自激振動，約占65%，其次是受迫振動，約為50%，自由振動發(fā)生的幾率最小，約為5%，因?yàn)槠湓跈C(jī)械加工過程中會隨著阻尼作用的增大而縮減，因此自由振動對機(jī)械加工過程所造成的影響可以忽略不計(jì)。因此，文章將著重分析自激振動和受迫振動的解決措施。

2.1 解決自激振動的相關(guān)措施

解決自激振動要注重從源頭解決，綜合考慮其振動頻率和性質(zhì)等因素，對振源進(jìn)行逐一排除，找準(zhǔn)振源才能做到有的放矢，但由于其與系統(tǒng)工藝有很大的關(guān)聯(lián)度，因此也加大了診斷的難度。對于振源的檢查，可以從以下2方面入手：①如果是由于工藝系統(tǒng)內(nèi)部所產(chǎn)生的振動，可將機(jī)床內(nèi)部的各零件進(jìn)行空轉(zhuǎn)，查找振源；②一般來說，高危元器件和運(yùn)動部件成為振源的可能性比較大，因此，要強(qiáng)化對其的評估，結(jié)合相關(guān)參數(shù)來確定振源。通常來說，可以實(shí)行以下3種措施解決自激振動。

（1）對刀具的幾何參數(shù)進(jìn)行科學(xué)選取。自激振動的主要原因之一，即刀具和工件所產(chǎn)生的作用力，因此，要解決自激振動，首先應(yīng)科學(xué)選擇刀具的幾何參數(shù)。如，在加工過程中，刀具前角及其主偏角對自激振動的產(chǎn)生影響最為顯著，主偏角和前角如果均比較大，則振幅會有所減小；反之，會加大振幅。因而，在實(shí)際進(jìn)行切削工作時(shí)，要加大主偏角和前角，同時(shí)，盡可能減少后角，解決自激振動。

（2）對切削用量做合理選用。切削用量主要包含以下方面：即切削速度、進(jìn)給量和切削深度。這三個(gè)參數(shù)都對自激振動產(chǎn)生巨大影響，任何一個(gè)參數(shù)的增加，都可以提高生產(chǎn)率，但是在增大某一參數(shù)的同時(shí)，要注重減小另外兩個(gè)參數(shù)，否則會加大自激振動。在加工過程中，可以加大對進(jìn)給量的選用，減小切削深度，解決自激振動問題。 （3）實(shí)行減振。自激振動同時(shí)也受機(jī)械本身的抗振性能所影響，強(qiáng)化機(jī)械的抗振性能，有利于解決自激振動。因此，要注重與加大機(jī)械的抗振性能，可以從以下3方面入手：①提前對接觸面進(jìn)行處理，減少自激振動發(fā)生的幾率；②對機(jī)械的軸承間隙做出調(diào)整，施加一定的預(yù)緊力，提高其抗振性能；③可以通過安裝減振裝置，吸收振動時(shí)所產(chǎn)生的能量，減少自激振動。

2.2 解決受迫振動的相關(guān)措施

機(jī)械在加工過程中受到持續(xù)的外力作用是受迫振動產(chǎn)生的主要原因，因此，則需要加強(qiáng)對外力作用的解決。當(dāng)明確振源所在后，可以采用以下3條措施解決受迫振動：①對外來振源進(jìn)行隔離。在加工過程中，將加工設(shè)備與動力源設(shè)備進(jìn)行隔離；將地基和機(jī)床使用隔離材料進(jìn)行隔離；將地面和設(shè)備間通過挖防振溝的方式進(jìn)行隔離，減少因外來振源所造成的受迫振動的幾率；②注重減少激振力。機(jī)械在加工過程中，可能會因?yàn)榇嬖诓黄胶獾葐栴}導(dǎo)致激振力的產(chǎn)生，因此，要想減少激振力，首先要消除機(jī)械中的不平衡。可以在系統(tǒng)中安裝平衡裝置，不僅能加強(qiáng)穩(wěn)定性，減少激振力，同時(shí)，也可以提高設(shè)備的安裝質(zhì)量和準(zhǔn)確度。另外，操作人員在施工過程中，要加強(qiáng)對原件的平衡調(diào)節(jié)，減少受迫振動發(fā)生的可能性；③對振源頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。如若在機(jī)械加工過程中發(fā)生共振，則會加強(qiáng)受迫振動的強(qiáng)度。因此，在加工過程中，要加強(qiáng)對振源頻率的調(diào)節(jié)，避免系統(tǒng)各部件的振動頻率接近共振區(qū)頻率，降低共振發(fā)生幾率。

3 結(jié)語

機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的機(jī)械振動紛繁復(fù)雜，要解決其機(jī)械振動，還需根據(jù)具體情況進(jìn)行綜合分析，對振源進(jìn)行分析，從根本上解決機(jī)械振動問題，提高機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)作效率和加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)率水平。

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