機(jī)械加工過程中機(jī)械振動(dòng)的成因及對(duì)策分析

陳永生

（蘇州華旃航天電器有限公司，江蘇 蘇州 215129）

目前，我國(guó)在機(jī)械加工行業(yè)中存在的主要問題就是振動(dòng)，也就是在機(jī)械加工生產(chǎn)的過程中產(chǎn)生的較大振動(dòng)與噪音，這對(duì)生產(chǎn)的效率與質(zhì)量都產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。由于振動(dòng)環(huán)境的影響，生產(chǎn)出來的機(jī)械產(chǎn)品其精度就會(huì)下降，甚至低于規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，為了確保機(jī)械加工的生產(chǎn)效率，需要根據(jù)機(jī)械加工生產(chǎn)的特點(diǎn)與要求，對(duì)其振動(dòng)的原因進(jìn)行分析，通過研究采取科學(xué)的防范與改善措施，提高機(jī)械加工生產(chǎn)質(zhì)量。

1 機(jī)械加工振動(dòng)造成的危害

在機(jī)械生產(chǎn)的過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)問題。振動(dòng)對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)具有嚴(yán)重的危害。尤其對(duì)加工過程中的質(zhì)量影響，使加工零件的表面粗糙度提高，甚至出現(xiàn)紋路的瑕疵問題。由于加工過程中出現(xiàn)的振動(dòng)問題，對(duì)于刀具與工件的位移也會(huì)產(chǎn)生影響，造成刀具在加工使用的過程中，難以對(duì)精準(zhǔn)度進(jìn)行控制。機(jī)械加工中產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)切削刀具的質(zhì)量產(chǎn)生影響，振動(dòng)的過程中，刀具不能正常的進(jìn)行工作，這樣就會(huì)對(duì)其工作質(zhì)量造成影響，使刀具承受其他外力，造成切削熱的逐漸增加，造成刀具的損壞情況越來越嚴(yán)重。另外，機(jī)械加工過程中的振動(dòng)對(duì)機(jī)床與工裝夾具也會(huì)產(chǎn)生明顯的影響，使元件之間的連接出現(xiàn)松動(dòng)，元件之間的間隙也會(huì)越來越大。由于振動(dòng)造成夾具與機(jī)床零件的磨損，其加工的精準(zhǔn)度與質(zhì)量就會(huì)下降，進(jìn)而降低元件的使用時(shí)間。機(jī)械加工振動(dòng)還會(huì)對(duì)生產(chǎn)效率與操作環(huán)境等產(chǎn)生影響。降低機(jī)械加工中的振動(dòng)，能夠提高其加工的質(zhì)量與生產(chǎn)效率。

2 機(jī)械振動(dòng)成因分析

2.1 強(qiáng)迫振動(dòng)及形成原因

機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)有很多種原因，其中一種為強(qiáng)迫式的振動(dòng)，這種振動(dòng)主要是在周期外力作用的影響下，逐漸形成的受破振動(dòng)，是一種驅(qū)動(dòng)力。具體的強(qiáng)迫振動(dòng)主要有以下幾方面的特征：第一，強(qiáng)迫振動(dòng)的自身對(duì)于干擾力并不會(huì)產(chǎn)生影響作用，與機(jī)械設(shè)備的使用也沒有直接的關(guān)系，一般情況下在施工技術(shù)的作用下，強(qiáng)迫振動(dòng)現(xiàn)象就會(huì)消失。第二，機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動(dòng)頻率與外界干擾力周期的頻率是非常接近的。也有一些情況下，振動(dòng)的頻率是干擾力周期頻率的整倍數(shù)的關(guān)系。第三，強(qiáng)迫振動(dòng)還可能使機(jī)械出現(xiàn)共振的現(xiàn)象，從而影響到機(jī)械設(shè)備的正常工作。第四，強(qiáng)迫振動(dòng)與外界的干擾力之間呈正比的關(guān)系。如果外界的干擾力逐漸的增大，強(qiáng)迫振動(dòng)的振動(dòng)幅度就會(huì)隨著增加。機(jī)械加工過程中的強(qiáng)迫振動(dòng)現(xiàn)象形成的原因主要有內(nèi)部原因與外部原因兩種。其中的內(nèi)部原因主要是機(jī)械在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生離心力，并在慣性的作用下，產(chǎn)生振動(dòng)的現(xiàn)象出現(xiàn)。機(jī)械加工設(shè)備中的砂輪、電機(jī)轉(zhuǎn)子等零部件處于快速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，會(huì)出現(xiàn)失衡的現(xiàn)象。由于失衡現(xiàn)象的發(fā)生，就會(huì)產(chǎn)生離心力，這是造成強(qiáng)迫振動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生的內(nèi)部原因。另外，內(nèi)部原因與機(jī)械加工的時(shí)間間隔也有必然的聯(lián)系。零部件在加工的過程中，具有一定的節(jié)奏性變化，機(jī)械加工周期性的增加也是內(nèi)部原因形成的因素之一。而外部因素主要是機(jī)械在加工的過程中受到環(huán)境的影響。如果機(jī)械加工的單位內(nèi)有不同的設(shè)備在運(yùn)行，這樣就會(huì)引起強(qiáng)迫機(jī)械的振動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生。

2.2 自激振動(dòng)及形成原因

所謂的自激振動(dòng)就是指在凈能源能量不斷的作用下，形成的一種高頻率周期性的振動(dòng)現(xiàn)象。機(jī)械加工中的自激振動(dòng)具有自身明顯的特點(diǎn)：首先，自激振動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生與外部作用力之間沒有很大的關(guān)系；其次，振動(dòng)頻率與零部件加工的固定頻率接近；再次，產(chǎn)生自激振動(dòng)現(xiàn)象之后，機(jī)械會(huì)隨之形成一種周期性的變化，而且這種變化也會(huì)持續(xù)。在自激振動(dòng)中可以獲得一定的力量，這樣才能保證振動(dòng)現(xiàn)象的維持，如果自激振動(dòng)情況出現(xiàn)了中斷，這種力量就會(huì)慢慢的消失。機(jī)械加工中產(chǎn)生自激振動(dòng)主要有以下幾方面的原因：第一，機(jī)械加工過程中處理的零部件具有較強(qiáng)的硬度，隨著加工工作的進(jìn)行，設(shè)備中的刀具與零部件之間經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)期的接觸、摩擦，從而造成崩刀的情況出現(xiàn)。第二，刀具在施工的過程中與零部件之間接觸，一但刀具的質(zhì)量較差，刀具自身的剛性就會(huì)不足，從而在刀桿的位置出現(xiàn)自激振動(dòng)情況的發(fā)生。第三，刀削量與實(shí)際的加工情況不一致，造成整個(gè)機(jī)械加工的過程中不能安全生產(chǎn)，最終導(dǎo)致自激振動(dòng)情況的發(fā)生。

2.3 自由振動(dòng)及形成原因

最后一種振動(dòng)形式就是自由振動(dòng)。自由振動(dòng)在機(jī)械加工的過程中最為常見，造成自由振動(dòng)的原因也比較簡(jiǎn)單。產(chǎn)生自由振動(dòng)的主要原因就是機(jī)械加工過程中切削力對(duì)機(jī)械整體造成的影響，然后產(chǎn)生了自由振動(dòng)現(xiàn)象。另外，一些外部環(huán)境的影響也會(huì)造成自由振動(dòng)現(xiàn)象的產(chǎn)生，在外力的影響下，機(jī)械就會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)現(xiàn)象。一般情況下，自由振動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生之后，外力的作用并不會(huì)對(duì)其進(jìn)行能量的補(bǔ)充，所以，自由振動(dòng)現(xiàn)象出現(xiàn)的情況不會(huì)持久，很難形成周期性的振動(dòng)現(xiàn)象。相比與前面的兩種振動(dòng)形式，自由振動(dòng)對(duì)機(jī)械的加工使用情況產(chǎn)生的危害是最小的。

3 機(jī)械加工過程中機(jī)械振動(dòng)的解決措施

3.1 降低強(qiáng)迫振動(dòng)的解決方法

有效的降低強(qiáng)迫振動(dòng)，是保證機(jī)械加工正常運(yùn)行的措施。第一，降低激振力。所謂的激振力就是在機(jī)械加工零部件的過程中，由于轉(zhuǎn)動(dòng)的速度問題產(chǎn)生不平衡的現(xiàn)象發(fā)生。若想降低機(jī)械加工的激振力，就需要采取有效的措施掌控機(jī)械的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，降低不平衡問題產(chǎn)生的沖擊力與離心慣性力。在具體的加工過程中，技術(shù)人員對(duì)相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)子、高速運(yùn)轉(zhuǎn)元件等進(jìn)行科學(xué)的調(diào)控，與此同時(shí)，還可以安裝平衡裝置，增加設(shè)備的穩(wěn)定性能。第二，對(duì)振源的頻率進(jìn)行調(diào)試。機(jī)械在進(jìn)行加工的過程中，對(duì)振源的頻率進(jìn)行有效的調(diào)試，能夠減少發(fā)生共振現(xiàn)象。其中主要的調(diào)試對(duì)象就是設(shè)備內(nèi)部的零件調(diào)試工作。第三，對(duì)外來的振動(dòng)進(jìn)行有效的隔離。在實(shí)際的機(jī)械加工過程中，條件允許的情況下，需要采用隔離外來振動(dòng)的措施，防止振動(dòng)的危害。也可以在機(jī)械的下面增加軟性的墊板，起到防振的作用。

3.2 降低自激振動(dòng)的辦法

有效的降低機(jī)械加工過程中出現(xiàn)的自激振動(dòng)，對(duì)于機(jī)械加工的施工效率與施工質(zhì)量都產(chǎn)生了重要的影響。具體的改善措施主要有：首先，合理的選擇加工刀具。在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，使用的刀具對(duì)自激振動(dòng)具有重要的影響，因此相關(guān)的技術(shù)人員需要選擇使用合理的刀具。也可以針對(duì)前角與主偏角進(jìn)行擴(kuò)大，這樣可以大大的降低振動(dòng)。其次，對(duì)機(jī)械設(shè)備零件的位置進(jìn)行科學(xué)的布置。由于自激振動(dòng)產(chǎn)生的原因特殊性，一旦在機(jī)械內(nèi)部的零件安裝出現(xiàn)不合理，就會(huì)影響自激振動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生。所以作為相關(guān)的技術(shù)人員應(yīng)該對(duì)機(jī)械中的零部件進(jìn)行合理的布置。并且還需要技術(shù)人員具有較強(qiáng)的專業(yè)知識(shí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，這樣可以提高機(jī)械加工布置的科學(xué)與合理。最后，有效地降低重疊的系數(shù)。重疊系數(shù)影響著整個(gè)系統(tǒng)的再生效果，重疊系數(shù)根據(jù)加工的主要形式，使用刀具的紋理形式與切削工作等都是影響系數(shù)的主要因素。通過實(shí)踐證明使用螺紋式的零部件進(jìn)行加工，可以有效的減少自激振動(dòng)現(xiàn)象的出現(xiàn)。從而降低重疊系數(shù)，保證機(jī)械加工生產(chǎn)的安全與質(zhì)量。

3.3 自激機(jī)械振動(dòng)解決措施

針對(duì)機(jī)械加工中的自激振動(dòng)，需要對(duì)其振動(dòng)的幅度、影響的范圍與振動(dòng)產(chǎn)生的性質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，這樣才可以有效的解決問題。具體的措施有：首先，對(duì)振源進(jìn)行確定。針對(duì)自激振動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生，對(duì)機(jī)床中的零部件進(jìn)行空轉(zhuǎn)試驗(yàn)，找到振源的位置，并對(duì)相應(yīng)的零部件進(jìn)行檢查，同時(shí)還要綜合外力作用與參數(shù)等情況進(jìn)行綜合的判斷。其次，選擇合適的刀具，對(duì)刀具的參數(shù)進(jìn)行確定。確保刀具與零部件之間的關(guān)系，對(duì)刀具參數(shù)進(jìn)行合理的配置，能夠有效的降低自激振動(dòng)的產(chǎn)生。最后，對(duì)切削的用量進(jìn)行明確，并且對(duì)切削的深度與速度等參數(shù)進(jìn)行有效的調(diào)試，這樣可以提高機(jī)械加工的整體效率。另外，自激振動(dòng)與機(jī)械自身也有一定的聯(lián)系，提高機(jī)械的剛度，也能夠有效的提高自激振動(dòng)的高強(qiáng)度。

4 結(jié)語(yǔ)

機(jī)械加工過程產(chǎn)生的振動(dòng)非常復(fù)雜，需要日常的不斷分析和總結(jié)，根據(jù)不同情況分析原因，采取措施加以消除和控制，以保證加工工件的質(zhì)量要求，提高生產(chǎn)率，創(chuàng)造良好工作環(huán)境。

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