機(jī)械加工過程中機(jī)械振動(dòng)的原因及對策研究

黃官偉 高飛

摘 ? ?要：隨著我國經(jīng)濟(jì)快速的發(fā)展，機(jī)械加工行業(yè)也隨之發(fā)展。機(jī)械加工是機(jī)械行業(yè)生產(chǎn)中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，對機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量有直接的影響。在機(jī)械加工的過程中，機(jī)械振動(dòng)的現(xiàn)象是會影響機(jī)械加工的進(jìn)度與質(zhì)量，造成嚴(yán)重的生產(chǎn)浪費(fèi)。機(jī)械加工的過程中一旦產(chǎn)生振動(dòng)，就需要采取有效的措施解決，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。本文主要針對機(jī)械加工過程中機(jī)械振動(dòng)的成因進(jìn)行系統(tǒng)的分析，并提出有效的解決對策。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工;振動(dòng)原因;解決對策

1 ?引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展如春筍破土一般迅速。在機(jī)械生產(chǎn)過程中得到了非常廣泛的應(yīng)用，大大提高了加工效率，使我國制造業(yè)的發(fā)展提供了便利的條件。然而機(jī)械加工過程中機(jī)械振動(dòng)的問題需要解決，因?yàn)闄C(jī)械振動(dòng)頻率會造成加工產(chǎn)品的精度。因此針對機(jī)械加工中的振動(dòng)現(xiàn)象必須引起足夠的重視，提高產(chǎn)品加工的精密度和準(zhǔn)確度，減少機(jī)械加工過程中機(jī)械的振動(dòng)頻率是機(jī)械加工作業(yè)需要解決的問題之一。

2 ?機(jī)械振動(dòng)概述

2.1 ?機(jī)械振動(dòng)概念

機(jī)械振動(dòng)，即質(zhì)點(diǎn)或者物體在自身平衡的位置周邊進(jìn)行往復(fù)性有規(guī)律運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)量是衡量其強(qiáng)弱的關(guān)鍵指標(biāo)，可以是物體振動(dòng)的加速度、位移或者速度。

2.2 ?機(jī)械加工過程中機(jī)械振動(dòng)分類

在機(jī)械加工過程中，最常見的機(jī)械振動(dòng)分類包含自由振動(dòng)、強(qiáng)迫振動(dòng)以及自激振動(dòng)。

（1）在機(jī)械對產(chǎn)品加工過程中，最常見且最為簡單的振動(dòng)類型就是自由振動(dòng)。機(jī)械出現(xiàn)自由振動(dòng)的原因大多是機(jī)械在對產(chǎn)品進(jìn)行加工時(shí)，切削力產(chǎn)生的波動(dòng)而引起的，或是機(jī)械對產(chǎn)品加工中，受到外部力的影響從而引起的。機(jī)械在自由振動(dòng)過程中，通常會逐漸減弱，因此，自由振動(dòng)對機(jī)械加工過程中產(chǎn)品加工的影響不大，但是要考慮到一個(gè)問題，就是自由振動(dòng)會導(dǎo)致機(jī)械產(chǎn)生自激振動(dòng)。

（2）強(qiáng)迫振動(dòng)：機(jī)械系統(tǒng)在長期受到外界固定周期性影響時(shí)，會出現(xiàn)周期性、強(qiáng)制性的振動(dòng)。

（3）自激振動(dòng)：相對其他振動(dòng)，此類振動(dòng)對機(jī)械加工危害更大。此類振動(dòng)主要是由于周期性、交變力振動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)，具有較高的頻率。

3 ?機(jī)械加工振動(dòng)造成的危害

機(jī)械振動(dòng)是機(jī)械加工中常見問題，對機(jī)械加工產(chǎn)品的質(zhì)量有一定的影響。首先由于機(jī)械振動(dòng)的原因?qū)е滦导庸ち慵植诙忍嵘?，紋路的瑕疵等問題，對機(jī)械產(chǎn)品的精確度、外形美觀都有一定的影響。其次機(jī)械加工過程中的振動(dòng)對機(jī)床與工裝夾具也會產(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越來越大。元件間隙變大會降低元件的使用壽命，同時(shí)影響機(jī)械加工的生產(chǎn)效率，同時(shí)加了生產(chǎn)成本，進(jìn)而少了企業(yè)的利潤。

4 ?常見的故障振動(dòng)診斷方法

機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)伴隨著機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行而產(chǎn)生。機(jī)械設(shè)備振動(dòng)診斷實(shí)際上是通過對采集的振動(dòng)信號在三維圖上的時(shí)域、幅域、頻域進(jìn)行信號處理與分析，以判斷出故障發(fā)生的原因，并找到故障發(fā)生的部位。目前，在國際上普遍使用的振動(dòng)診斷方法主要包括：

4.1 ?波形分析法

通過對信號波譜曲線的形態(tài)進(jìn)行分析，提取表征曲線形態(tài)的參量，并以這些參量的相似性作為波譜相似性的測度。將這些參量與機(jī)械振動(dòng)故障的判斷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比照，從而判別出振動(dòng)信號中隱含的故障原因，并對故障發(fā)生部位進(jìn)行定位。

4.2 ?頻譜分析法

頻譜分析法是將時(shí)域信號變換至頻域，在頻率域內(nèi)對動(dòng)態(tài)信號加以分析的方法。其通過將復(fù)雜的時(shí)間歷程波形，經(jīng)過傅里葉變換分解為若干單一的諧波分量，以獲得信號的頻率結(jié)構(gòu)以及各諧波和相位信息，其分析的結(jié)果是以頻率為坐標(biāo)的各物理量的譜線與曲線。目的是為解決消振、幅振等問題提供條件，幫助判別出振動(dòng)信號中隱含的故障原因，并對故障發(fā)生部位進(jìn)行定位。

5 ?機(jī)械加工過程中產(chǎn)生振動(dòng)的主要原因

5.1 ?機(jī)械加工過程中產(chǎn)生自由振動(dòng)的主要原因

（1）機(jī)械加工中，機(jī)械設(shè)備上的刀具的反復(fù)運(yùn)動(dòng)，使得加工件增加了切削力效果，當(dāng)切削力發(fā)生轉(zhuǎn)變，就會產(chǎn)生振動(dòng)。（2）機(jī)械加工的過程中，受到外力的作用有沖擊力產(chǎn)生，就會產(chǎn)生自由振動(dòng)。機(jī)械加工中自由振動(dòng)是不可避免的，主要是由于力的作用下產(chǎn)生的。但是，如果自由振動(dòng)中沒有增強(qiáng)外力，就說明有阻力存在，使得振動(dòng)逐漸削弱。由于各種外在因素干擾導(dǎo)致的自由振動(dòng)是不容易被消除的。因此，找到導(dǎo)致自由振動(dòng)的主要因素，就需要采取措施解決，否則會對加工件品質(zhì)造成影響。

5.2 ?機(jī)械加工過程中產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)的主要原因

（1）機(jī)械加工過程中產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)，主要是由于離心慣性力的作用下產(chǎn)生的。機(jī)械加工中，由于加工的速度大，包括皮帶輪、轉(zhuǎn)軸以及部分回轉(zhuǎn)工件都會不同程度的影響，出現(xiàn)不均衡的狀況，就會有離心力出現(xiàn)，由此造成強(qiáng)迫振動(dòng)。

（2）如果機(jī)械自身有缺陷存在，產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)是必然的。通常而言，與往機(jī)械設(shè)備存在關(guān)聯(lián)性，當(dāng)設(shè)備處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的時(shí)候，由于部件的規(guī)格上存在誤差，各個(gè)要件之間沒有密切貼合，在機(jī)械加工的過程中就會失去平衡。

5.3 ?機(jī)械加工過程中產(chǎn)生自激振動(dòng)的主要原因

機(jī)械加工過程中如果產(chǎn)生非常激烈的振動(dòng)，就需要認(rèn)真分析，因?yàn)楫a(chǎn)生這種現(xiàn)象的因素是比較多的。比如，加工材質(zhì)的硬度散布不夠均勻就會產(chǎn)生激烈的振動(dòng)，甚至?xí)斐傻毒吆图庸ぜg遷移，就會有切削力形成，因此就會有自激振動(dòng)產(chǎn)生。

6 ?機(jī)械加工過程中機(jī)械振動(dòng)的解決措施

6.1 ?降低強(qiáng)迫振動(dòng)的解決方法

強(qiáng)迫振動(dòng)是由外力因素造成的，解決強(qiáng)迫振動(dòng)問題必須解決外力問題。首先降低激振力。機(jī)械在生產(chǎn)的過程中，機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)速度與機(jī)械本身不平衡因素造成的，需要對設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，控制機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)速度，降低力的不平衡因素。其次對振源的頻率進(jìn)行調(diào)試。振源頻率問題是產(chǎn)生共振問題的根源，對頻率的科學(xué)調(diào)試，減少共振問題產(chǎn)生的外力因素，減少強(qiáng)迫振動(dòng)問題。最后對外來的振動(dòng)進(jìn)行有效的隔離，有能力單位需要采取隔離技術(shù)，隔離外界的振源對強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生，起到防振作用。

6.2 ?自激機(jī)械振動(dòng)解決措施

機(jī)械加工生產(chǎn)過程中，自激機(jī)械振動(dòng)是一種常見的振動(dòng)方式，對機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量有一定的影響。自激振動(dòng)需要對其振動(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。首先需要根據(jù)具體情況具體分析，查清自激機(jī)械振動(dòng)振源的位置，這是解決自激機(jī)械振動(dòng)的關(guān)鍵因素，根據(jù)機(jī)械零件的具體情況，選擇科學(xué)的解決方法，提高機(jī)械工作的效率。其次在機(jī)械工作過程中，一般情況都需要切割，切割刀具的選擇是關(guān)鍵問題，根據(jù)切割零件的特點(diǎn)選擇合適的刀具，同時(shí)對刀具的參數(shù)需要科學(xué)選擇，這對降低自激機(jī)械振動(dòng)的產(chǎn)生起到重要作用。最后切割的用量與切割要求要明確，根據(jù)切割的要求，進(jìn)行切割刀具等參數(shù)的進(jìn)行設(shè)置與選擇，對提升整體要求，提高工作質(zhì)量，完善機(jī)械振動(dòng)性能起到重要保障作用，對減少自激振動(dòng)的發(fā)生起到重要作用。

7 ?結(jié)束語

總而言之，機(jī)械加工過程中機(jī)械振動(dòng)在加工生產(chǎn)過程中是一種比較常見的現(xiàn)象。引起機(jī)械振動(dòng)的原因要有強(qiáng)迫振動(dòng)、自由振動(dòng)和自激振動(dòng)。而自由振動(dòng)對機(jī)械振動(dòng)的影響比較微小，所以在解決機(jī)械振動(dòng)的問題上，要從強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)上入手。尋找合理的方式，是提高產(chǎn)品效率和質(zhì)量的保證，對機(jī)械加工有重要的意義。

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