機械加工過程中機械振動的成因及解決措施

王俊陽

摘 要：機械加工在日常生活中應用較為廣泛，并且人們對機械加工出的工件質(zhì)量要求越來越高，而在機械加工工程中，振動現(xiàn)象將對加工件質(zhì)量造成不良影響。本文圍繞機械加工過程中產(chǎn)生振動的原因及其特征、降低機械振動的措施兩個方面展開討論，從而降低機械加工過程中的振動現(xiàn)象，減少加工過程的噪音影響，并能保證加工件的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：機械加工；自由振動；強迫振動

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.09.030

0 前言

隨著社會的發(fā)展，對加工件的質(zhì)量要求越來越高，而日常生活中通常應用到的工具都是有機械加工來實現(xiàn)的。在機械加工過程中，加工件和刀具之間會發(fā)生摩擦，因此不可避免的發(fā)生振動現(xiàn)象，將降低了加工件的精準度，從而不利于加工件在生活中的實際應用。因此應該加強對機械加工過程中振動產(chǎn)生的原因進行研究，并采取相應的解決措施。

1 機械加工過程中產(chǎn)生振動的原因及其特征

1.1 自由振動產(chǎn)生的原因

在機械加工過程中，自由振動是最簡單也是最容易產(chǎn)生的振動，引起自由振動的原因主要包括以下幾個方面：第一，在機械加工的過程中，刀具的往復運動會施加給加工件切削力的作用，而在切削力發(fā)生改變時，機械加工過程中產(chǎn)生振動現(xiàn)象；第二，在進行機械加工時，機械設(shè)備可能受到外界力的作用，從而對機械設(shè)備造成一定的沖擊，引起自由振動。機械加工過程中的自由振動現(xiàn)象的發(fā)生一般是由于力的作用，而在自由振動的過程中不存在外力的增加，因此自由振動現(xiàn)象會由于阻力的存在而逐漸減弱。由此可見，自由振動對機械加工過程造成的影響較小并且容易消除，但是自由振動是引起自激振動的一個原因，在一定的條件下機械加工過程中會出現(xiàn)自激振動現(xiàn)象，對加工件的質(zhì)量有不利影響[1]。

1.2 強迫振動產(chǎn)生的原因

產(chǎn)生強迫振動的原因包括以下兩方面：第一，由于離心慣性力的影響。在機械加工過程中，轉(zhuǎn)軸、皮帶輪以及一些回轉(zhuǎn)工件在加工過程中會由于機械加工速率較快，導致這些部件出現(xiàn)不平衡的現(xiàn)象，從而將產(chǎn)生離心力，而離心力的產(chǎn)生是造成強迫振動發(fā)生的重要原因，振動的頻率與受到向心力作用的工件的轉(zhuǎn)速大致相同；第二，如果機械設(shè)備本身存在缺陷，會導致強迫振動現(xiàn)象的發(fā)生，主要與機械設(shè)備中的旋轉(zhuǎn)零件有關(guān)，當旋轉(zhuǎn)零件出現(xiàn)尺寸誤差的時候，將導致各零件之間結(jié)合不緊密，從而零件在加工過程中失去平衡，受到離心力的作用，進而引起強迫振動。

1.3 自激振動產(chǎn)生的原因

自激振動是發(fā)生頻率較高并且較為強烈的一種振動。振動產(chǎn)生的原因受到多種因素的影響，例如加工材料的硬度分布不均勻、加工余量改變等因素將引起系統(tǒng)振動，而系統(tǒng)振動將導致加工件與刀具之間位置發(fā)生變化，從而引起切削力，產(chǎn)生自激振動。

2 降低機械振動的措施

2.1 減少強迫振動的措施

強迫振動產(chǎn)生的原因主要是各零件受到離心力有關(guān)，振動的頻率與受到的干擾力的頻率處在同一水平，因此應該通過找出強迫振動源來消除振動。可從以下幾個方面進行強迫振動的消除：第一，減小激振力。激振力的產(chǎn)生將對機械加工過程造成不利影響，而激振力的產(chǎn)生是由于機械加工過程中部分零件由于運轉(zhuǎn)不平衡產(chǎn)生的，因此減少激振力的關(guān)鍵在于減少回轉(zhuǎn)零件的不平衡現(xiàn)象，從而減少離心慣性力的作用[2]。第二，傳動裝置的穩(wěn)定性的提高也有利于降低強迫振動現(xiàn)象。通過使用斜齒輪，并且在主軸上安裝相應的設(shè)備使傳動裝置與動力源脫離能有效實現(xiàn)傳動裝置的穩(wěn)定性。第三，強迫振動的頻率與回轉(zhuǎn)工件的頻率基本一致，因此可以通過降低振源頻率的措施實現(xiàn)強迫振動現(xiàn)象的減少?？刂普裨搭l率的措施主要包括以下幾個方面：首先，應該使強迫振動的頻率與加工系統(tǒng)的固有頻率有效分隔開，以免發(fā)生共振現(xiàn)象，可以通過調(diào)節(jié)激振力頻率來實現(xiàn)這一目標；其次，機械加工過程中加工系統(tǒng)的固有頻率可以在進行加工設(shè)備設(shè)計時有效調(diào)整，以便使加工系統(tǒng)的各零件頻率與強迫振動源的頻率存在較大差異，從而降低了加工過程中強迫振動現(xiàn)象的產(chǎn)生；再次，機械加工過程中如果各零件之間存在間隙，將導致零件在加工過程中出現(xiàn)不平衡的現(xiàn)象，由此會造成離心力的產(chǎn)生，并導致強迫振動現(xiàn)象的發(fā)生。因此通過調(diào)節(jié)各零件之間的間隙能有效減少振動現(xiàn)象，并且使加工系統(tǒng)的頻率與機械設(shè)備的固有頻率分隔開；最后，調(diào)節(jié)加工系統(tǒng)的運動參數(shù)，能有效改變加工系統(tǒng)的頻率從而與強迫振動的頻率區(qū)分開，從而有效避免共振現(xiàn)象的產(chǎn)生。

2.2 自激振動控制措施

自激振動是機械加工過程中出現(xiàn)頻率最高的振動現(xiàn)象，主要是由于工藝系統(tǒng)內(nèi)部受到切削力的影響產(chǎn)生的。可通過以下幾個方面進行自激振動的防范：第一，選擇適當?shù)牡毒邊?shù)。刀具與加工件之間發(fā)生摩擦時將導致振動現(xiàn)象的發(fā)生，刀具的前角和主偏角對自激振動的影響較大，因此可以適當?shù)脑黾舆@兩個角度數(shù)，能有效減少振動；第二，合理選擇切削用量。切削用量的增加將提高生產(chǎn)率，但同時會增加加工過程中的自激振動現(xiàn)象，因此應合理控制切削用量。另外控制加工設(shè)備的切削速度能有效控制自激振動現(xiàn)象，對于某些要求不嚴格的工件可以進行高速切削或者低速切削；第三，合理安排加工機床與加工件的位置，通過提高機械設(shè)備的剛度，能抑制加工過程的自激振動現(xiàn)象，同時工件在加工過程中的加工程序不同，對振動的影響也不同。為了加強機械設(shè)備的穩(wěn)定性，在工件切削時，應該保證工件受力的方向與設(shè)備剛度的方向一致；第四，減少重疊系數(shù)。加工方式和切削用量對自激振動現(xiàn)象的產(chǎn)生有重要影響，而重疊系數(shù)是由以上因素決定的。因此應該根據(jù)以上因素減少重疊系數(shù)，具體措施表現(xiàn)為改變切削量以及刀具幾何參數(shù)等，從而提高機械加工過程中設(shè)備的穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

機械加工過程中將產(chǎn)生不同類型的振動，并且產(chǎn)生的原因有所不同。機械加工過程中產(chǎn)生的振動將對加工件的質(zhì)量和加工效率造成不利影響，因此應該加強對振動產(chǎn)生的原因以及解決措施進行研究，從而減少加工過程中振動現(xiàn)象的危害，促進加工件具有較高的精確度，能滿足人們生活的需求。

參考文獻：

[1]李笑林.機械加工過程中機械振動的成因及解決措施[J].經(jīng)營管理者，2017（01）：306.

[2]劉建新，楊慶玲.機械加工過程中機械振動的成因及解決措施[J].常州工學院學報，2013，26（01）：6-9.