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

朱燁

摘要：現(xiàn)階段我國的經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，推動(dòng)時(shí)代不斷向前進(jìn)步。工業(yè)建設(shè)是經(jīng)濟(jì)建設(shè)的基石，在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的過程中提供了不容忽視的作用。機(jī)械生產(chǎn)加工是工業(yè)生產(chǎn)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，然而這一環(huán)節(jié)中存在機(jī)械振動(dòng)這一問題，極大地阻礙了工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)程。有效地利用和消除機(jī)械加工中的振動(dòng)是具有重要現(xiàn)實(shí)意義的。本文總結(jié)工程機(jī)械中的有害振動(dòng)，然后在隨機(jī)性振源控制和振動(dòng)傳播路徑控制相關(guān)基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析和闡述工程機(jī)械中有害振動(dòng)的控制措施。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工;機(jī)械振動(dòng);原因;對(duì)策

中圖分類號(hào)：TP39? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言

伴隨我國整體社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，以及科學(xué)技術(shù)水平不斷提升，我國的機(jī)械加工行業(yè)已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步，人們對(duì)于機(jī)械加工的精確度也有越來越高的要求。在整體加工流程中，機(jī)械振動(dòng)對(duì)于加工的精確度具有直接性的影響。因此，為了確保產(chǎn)品精密度，有關(guān)人員應(yīng)深入分析機(jī)械振動(dòng)的產(chǎn)生原因及其控制對(duì)策。

2 機(jī)械振動(dòng)對(duì)機(jī)械生產(chǎn)加工的影響

由以上分析可知，引起機(jī)械振動(dòng)的原因包括外界的干擾作用以及生產(chǎn)加工過程本身的誤差。這些振動(dòng)從一定程度上影響著機(jī)械生產(chǎn)加工進(jìn)程，具有錯(cuò)綜復(fù)雜又多種多樣的妨礙作用。例如零件生產(chǎn)方面，其對(duì)精準(zhǔn)度和技藝水平有著嚴(yán)格的要求，而機(jī)械振動(dòng)過于頻繁會(huì)影響到生產(chǎn)的質(zhì)量以及精準(zhǔn)度，直接降低了生產(chǎn)質(zhì)量和效率并拖延生產(chǎn)進(jìn)度。這些危害詳細(xì)包括：降低生產(chǎn)零件的質(zhì)量，降低機(jī)床加工刀具、工具的生產(chǎn)效率，影響操作環(huán)境。此外，由不同外界或內(nèi)部原因引起的機(jī)械振動(dòng)，對(duì)生產(chǎn)過程造成的影響也有差異。有些會(huì)使得零件表面凹凸不平，使零件出現(xiàn)一些奇怪的紋路而影響零件質(zhì)量;有些會(huì)使得刀具和生產(chǎn)零件錯(cuò)位引起質(zhì)量劣質(zhì)等問題。一般來說，機(jī)械振動(dòng)的產(chǎn)生可能是加工過程存在故障的標(biāo)志，或者直接阻礙生產(chǎn)進(jìn)程降低生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

3 機(jī)械加工中機(jī)械振動(dòng)的原因

3.1 機(jī)械受迫振動(dòng)

在周期性外力的干擾作用下，機(jī)械加工過程中會(huì)產(chǎn)生能量不衰減的受迫振動(dòng)。由于引起該振動(dòng)的因素有很多，在對(duì)其進(jìn)行研究和分析時(shí)，需要進(jìn)行全面綜合的考慮。機(jī)械受迫振動(dòng)可能由誤差引起。如機(jī)械切割道具上分布著很多齒輪，這些齒輪的尺寸存在差異，就會(huì)產(chǎn)生受迫振動(dòng)，這會(huì)直接影響到刀具、零件以及機(jī)床等生產(chǎn)過程。除此以外，在生產(chǎn)零件時(shí)，若零件表面粗糙不光滑，會(huì)阻礙刀具對(duì)其進(jìn)行切割，或者生產(chǎn)的零件在硬度上存在差異，這些問題都可能引起機(jī)械受迫振動(dòng)現(xiàn)象。

3.2 自激振動(dòng)產(chǎn)生原因

此類振動(dòng)不受外力控制以及干擾影響，由系統(tǒng)工作時(shí)自身所產(chǎn)生，屬于一種非線性的振動(dòng)，且周期性較穩(wěn)定。產(chǎn)生自激振動(dòng)的主要原因包括：①在機(jī)械加工過程中，切削層的橫截面積、刀具前角會(huì)發(fā)生改變，加之會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)積屑瘤，從而引發(fā)自激振動(dòng)。②在實(shí)際加工時(shí)，切屑和刀具之間、工件和刀具之間會(huì)產(chǎn)生一定程度的摩擦力，從而引發(fā)自激振動(dòng)。③若在實(shí)際加工過程中不科學(xué)地選取切削量，也會(huì)引發(fā)自激振動(dòng)。④如果安裝的刀具具有較差的剛性，刀桿會(huì)在加工時(shí)發(fā)生顫動(dòng)，從而引發(fā)自激振動(dòng)。⑤如果加工的工件內(nèi)具有不均勻的硬度，一旦刀具崩裂，便會(huì)和加工裝置相互作用，從而引發(fā)自激振動(dòng)。

3.3 豎向振動(dòng)與縱擺角振動(dòng)

在工程建設(shè)中，為施工設(shè)備提供動(dòng)力的是高速運(yùn)行的核心部件。發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)屬于是機(jī)械設(shè)備的內(nèi)部振動(dòng)，而發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)則可以分成內(nèi)部與外部兩種，振動(dòng)主要是因?yàn)闅飧變?nèi)周期變化氣體壓力與曲柄部分運(yùn)動(dòng)形成的關(guān)系。內(nèi)部振動(dòng)是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)慣性和與攪拌壓力導(dǎo)致的發(fā)動(dòng)機(jī)零件之間互相振動(dòng)，比較常見的有曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)與彎曲振動(dòng)。而外部振動(dòng)，具體是指發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)整體而進(jìn)行的振動(dòng)，具體是因?yàn)椴黄胶饬嘏c慣性力導(dǎo)致的。從此就可以知道，發(fā)動(dòng)機(jī)是工程機(jī)械的振源。振動(dòng)經(jīng)過連接件和支撐件傳輸?shù)綑C(jī)架和輪胎部位，這樣會(huì)對(duì)整個(gè)機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定性、質(zhì)量和使用壽命形成一定的影響。

4 機(jī)械振動(dòng)對(duì)策分析

4.1 利用機(jī)械振動(dòng)

機(jī)械振動(dòng)反映了機(jī)械的總體情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)械的振動(dòng)，辨別振動(dòng)的類別，及時(shí)消除影響因素，可以進(jìn)一步為生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率帶來保障。在這一過程中，對(duì)于操作人員的要求相對(duì)較高，操作人員需要及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)械振動(dòng)，辨別震動(dòng)情況，進(jìn)一步確定影響振動(dòng)的實(shí)際因素，采取相應(yīng)的檢修措施。振動(dòng)對(duì)于機(jī)械生產(chǎn)加工的過程中影響非常重大，在機(jī)械產(chǎn)生震動(dòng)時(shí)進(jìn)行檢修，也可以為生產(chǎn)安全和生產(chǎn)質(zhì)量帶來保障。例如出現(xiàn)了振動(dòng)時(shí)，一般都是采用較低的轉(zhuǎn)速和切深來避免劇烈振動(dòng)，而最正確的辦法則是在振動(dòng)出現(xiàn)之后及時(shí)查找原因，進(jìn)而解決相關(guān)的問題。機(jī)械振動(dòng)反映著機(jī)械現(xiàn)今存在的故障因素，利用機(jī)械振動(dòng)的原因和情況進(jìn)一步提高機(jī)械的抗振動(dòng)能力，提升機(jī)床的性能十分重要。

4.2 自激振動(dòng)控制對(duì)策

當(dāng)前，對(duì)自激振動(dòng)加以減少、消除以及控制的主要對(duì)策包括以下幾個(gè)方面：①對(duì)振型剛度比進(jìn)行科學(xué)調(diào)整：1）對(duì)系統(tǒng)阻尼進(jìn)行提升。由于材料不同，阻尼也會(huì)不同，其中，由于鑄鐵比鋼的內(nèi)阻尼更大，因此機(jī)床立柱以及床身等支撐件的制造均為鑄鐵，內(nèi)阻尼的增加能夠?qū)ψ约ふ駝?dòng)有效抑制;2）對(duì)系統(tǒng)剛度進(jìn)行提升。對(duì)薄弱處剛度加以提升，可以使系統(tǒng)穩(wěn)定性得以強(qiáng)化，進(jìn)而有效防止自激振動(dòng)的發(fā)生。②對(duì)切削用量進(jìn)行科學(xué)選擇：切削用量，即切削深度、切削速度以及進(jìn)給量總稱。其中，對(duì)刀具使用壽命影響最大的因素便是切削速度，即一旦提升切削速度，切削的溫度便會(huì)隨之提高，從而在很大程度上縮短刀具的使用壽命。需要注意的是，加工工件的硬度、種類如果不同，其對(duì)應(yīng)的切削速度也會(huì)不同，嚴(yán)禁用同一切削速度切削不同工件。此外，操作人員必須根據(jù)切削內(nèi)容的不同，及時(shí)、合理地調(diào)整道具的幾何角度，從而提升切削的穩(wěn)定性，進(jìn)而避免自激振動(dòng)的發(fā)生。

4.3 隨機(jī)性振源控制

在一般情況下，此振動(dòng)控制難度比較大。但是振動(dòng)理論中有支出，不管是哪種結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，除開振源之外，還有來自設(shè)備自身結(jié)構(gòu)和對(duì)振動(dòng)的相應(yīng)。簡單一點(diǎn)來說，激振因?yàn)榧ふ窳Α⒔Y(jié)構(gòu)相關(guān)因素影響而產(chǎn)生的現(xiàn)象。因此，對(duì)的機(jī)械設(shè)備來說，為了控制行駛中因?yàn)榈孛娌黄街率沟恼駝?dòng)，可以通過對(duì)設(shè)備施工場地、使用范圍，以此為基礎(chǔ)做出提前的估計(jì)，測量出行駛地面的相對(duì)高度。然后使用統(tǒng)計(jì)規(guī)律，獲得相應(yīng)的函數(shù)，通過這種方式可以計(jì)算出可能發(fā)生的共振行駛速度，在此基礎(chǔ)上控制有害振動(dòng)。在實(shí)際工作中還需要控制好振源，也就是消除和削弱振源，這也是有效的減振方式。

5 結(jié)束語

綜上所述，機(jī)械振動(dòng)是機(jī)械生產(chǎn)加工過程中很普遍的問題，雖然并不是所有的機(jī)械振動(dòng)都會(huì)危害到生產(chǎn)加工過程，但大部分的機(jī)械振動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生不利影響。它們由不同的外界或內(nèi)部因素引起，要么標(biāo)志著生產(chǎn)加工過程出現(xiàn)故障，要么直接對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量和效率產(chǎn)生影響。因此，及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)械振動(dòng)，分析其產(chǎn)生原因，采取有效措施消除機(jī)械振動(dòng)，對(duì)相關(guān)機(jī)械進(jìn)行及時(shí)檢修，對(duì)保證生產(chǎn)加工質(zhì)量，是很有必要的。

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