機(jī)械加工過(guò)程中機(jī)械振動(dòng)的原因及對(duì)策探討

白向龍

（大慶油田工程建設(shè)有限公司，黑龍江 大慶 163000）

0 引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速進(jìn)步以及科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，整個(gè)機(jī)械行業(yè)取得了巨大的進(jìn)步，而社會(huì)對(duì)于機(jī)械加工精度的要求也在不斷提升。在實(shí)際進(jìn)行機(jī)械加工的過(guò)程中，機(jī)械加工精度會(huì)受到機(jī)械振動(dòng)的直接影響。鑒于此，為了充分保障機(jī)械產(chǎn)品的加工精度，非常有必要針對(duì)機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生原因及控制措施進(jìn)行探討。

1 機(jī)械加工過(guò)程中機(jī)械振動(dòng)的原因及對(duì)策

1.1 自由振動(dòng)

1.1.1 自由振動(dòng)產(chǎn)生原因

自由振動(dòng)主要是由于機(jī)械系統(tǒng)自身重量以及彈力等各種因素影響下而產(chǎn)生的一種振動(dòng)形式，自由振動(dòng)并不是因?yàn)橥饬Ω蓴_而產(chǎn)生。例如，機(jī)械加工過(guò)程中所產(chǎn)生的簡(jiǎn)諧振動(dòng)，其內(nèi)耗以及阻尼完全屬于機(jī)械系統(tǒng)本身的一個(gè)組成部分，由此可以知道，在機(jī)械加工過(guò)程中主要是慣性或者是彈性元件才能夠引起自由振動(dòng)。

1.1.2 自由振動(dòng)控制措施

機(jī)械加工過(guò)程中不可避免的都會(huì)出現(xiàn)自由振動(dòng)，而且自由振動(dòng)并不是用外力干擾而產(chǎn)生，自由振動(dòng)本身的損傷相對(duì)比較小，在一些情況下完全可以將其忽略。但是為了能夠充分保障機(jī)械加工精度，機(jī)械加工人員必須要針對(duì)阻尼元件以及彈性元件的性能進(jìn)行及時(shí)優(yōu)化，以此來(lái)進(jìn)一步強(qiáng)化機(jī)械系統(tǒng)本身質(zhì)量，并最大程度實(shí)現(xiàn)對(duì)自由振動(dòng)的規(guī)避。

1.2 強(qiáng)迫振動(dòng)

1.2.1 產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)的研究分析

強(qiáng)迫振動(dòng)通常情況下也被稱為是受迫振動(dòng)，強(qiáng)迫振動(dòng)是機(jī)械加工過(guò)程中非常常見(jiàn)的一種振動(dòng)類型，其主要是在外界的干擾下產(chǎn)生，強(qiáng)迫振動(dòng)具有持續(xù)性的特點(diǎn)。機(jī)械加工過(guò)程中所產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動(dòng)主要有穩(wěn)定振動(dòng)以及瞬態(tài)振動(dòng)等兩種形式[1]：（1）穩(wěn)定振動(dòng)的產(chǎn)生需要外界能量不斷補(bǔ)充，在此情況下才能保持同等振幅的連續(xù)性振動(dòng)過(guò)程；（2）瞬態(tài)振動(dòng)主要指的是在整個(gè)機(jī)械加工過(guò)程中，機(jī)械系統(tǒng)在某一個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生變化的情況下而出現(xiàn)的一種持續(xù)性相對(duì)較短的這種形式。

機(jī)械系統(tǒng)本身在受到內(nèi)部或者是外部周期性激振力的影響下就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)。而通常情況下有以下幾種原因會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)激振力。

（1）外部振源：機(jī)械加工過(guò)程中沖壓設(shè)施等裝置在工作過(guò)程中會(huì)通過(guò)地基持續(xù)性的傳出非常強(qiáng)烈的振動(dòng)，在這種情況下就會(huì)產(chǎn)生頻率呈現(xiàn)出整倍數(shù)的強(qiáng)迫癥中；

（2）不均勻切削：機(jī)械加工切削屬于一種間歇性的加工過(guò)程，在針對(duì)不具備連續(xù)性的鍵槽表面進(jìn)行銑削、車削或者拉削的過(guò)程中，由于切削過(guò)程切削力是一個(gè)周期性的變化過(guò)程，由此就會(huì)引發(fā)比較強(qiáng)烈的強(qiáng)迫振動(dòng)；

（3）機(jī)床傳動(dòng)誤差：機(jī)床的液壓系統(tǒng)在傳動(dòng)的過(guò)程中，皮帶接縫、由業(yè)脈動(dòng)、軸承滾動(dòng)體尺寸差等相關(guān)因素都會(huì)進(jìn)一步引發(fā)強(qiáng)迫振動(dòng)，此外，在機(jī)床裝配過(guò)程中會(huì)應(yīng)用到傳動(dòng)齒輪，如果提安裝裝配存在誤差，也會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重的強(qiáng)迫癥狀；

（4）不平衡高速回轉(zhuǎn)：機(jī)床在加工過(guò)程中通常情況下會(huì)存在帶輪、卡盤、工件、磨床砂輪、主軸處在高速回轉(zhuǎn)狀態(tài)下的零件，而如果這些零件出現(xiàn)不平衡狀態(tài)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)離心慣性力，在此作用下也會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)強(qiáng)迫振動(dòng)[2]。

1.2.2 強(qiáng)迫振動(dòng)控制措施

機(jī)械加工過(guò)程中要想實(shí)現(xiàn)對(duì)強(qiáng)迫振動(dòng)的有效控制，首先就必須要快速找出振源，在此基礎(chǔ)上來(lái)采取有針對(duì)性的應(yīng)對(duì)措施。

降低或者是消除振源激振力：在實(shí)際進(jìn)行機(jī)械加工的過(guò)程中，針對(duì)轉(zhuǎn)速超過(guò)600轉(zhuǎn)/min的零部件，操作人員必須要及時(shí)做好轉(zhuǎn)速平衡，這主要是因?yàn)?，一旦這部分零部件在機(jī)械加工過(guò)程中分布了處在不均勻狀態(tài)下的沙?；蛘呤钱a(chǎn)生了表面不均衡的某種現(xiàn)象，就會(huì)導(dǎo)致主軸發(fā)生振動(dòng)。針對(duì)這種情況，操作人員必須要及時(shí)的更換砂輪，并做好兩次平衡，也就是要針對(duì)修整前以及修整后進(jìn)行平衡。另外，企業(yè)必須還要大力引進(jìn)新技術(shù)來(lái)有效提升齒輪的安裝精度以及制造精度，讓其能夠在機(jī)械加工過(guò)程中保持平穩(wěn)狀態(tài)，這樣可能最大程度減少機(jī)械加工過(guò)程中所產(chǎn)生的振動(dòng)，并將機(jī)械加工過(guò)程中產(chǎn)生的噪音降到最低程度。

最大程度避免共振現(xiàn)象發(fā)生：（1）針對(duì)共振現(xiàn)象可以通過(guò)有效提升機(jī)械系統(tǒng)本身固有頻率和剛度來(lái)進(jìn)行解決，而在實(shí)際機(jī)械加工過(guò)程中可以通過(guò)進(jìn)一步提升機(jī)械系統(tǒng)的接觸剛度，有效消除機(jī)械系統(tǒng)間隙，進(jìn)一步提升接觸表面精度，并最大程度控制接觸表面粗糙度來(lái)實(shí)現(xiàn)；（2）為了能夠?qū)⒐舱駞^(qū)進(jìn)行最大程度規(guī)避，在機(jī)械加工過(guò)程中可以通過(guò)及時(shí)更換電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以及進(jìn)一步改變主軸轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)；

（3）進(jìn)行隔振。為了有效避免在機(jī)械加工過(guò)程中相鄰設(shè)備的振源通過(guò)地基傳遞到加工設(shè)備上，從而引發(fā)振動(dòng)，可以充分利用構(gòu)建防振溝來(lái)有效隔離地面以及設(shè)備；針對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的液壓部分以及機(jī)床本身進(jìn)行有效隔離；針對(duì)液壓部件在換向過(guò)程中所產(chǎn)生的巨大沖擊力，可以充分利用液壓緩沖設(shè)備進(jìn)行有效解決。

1.3 自激振動(dòng)

1.3.1 產(chǎn)生自激振動(dòng)的原因

（1）自激振動(dòng)在機(jī)械加成功過(guò)程中不會(huì)受到外力的干擾，其主要是機(jī)械系統(tǒng)在加工過(guò)程中本身所產(chǎn)生的，自激振動(dòng)屬于一種非線性的振動(dòng)，而且具有較穩(wěn)定的周期性；

（2）在機(jī)械加工過(guò)程中如果切削層刀具前角、橫截面積在產(chǎn)生變化的情況下，或者是橫截面上產(chǎn)生積削瘤的情況下就會(huì)引發(fā)自激振動(dòng)；

（3）切屑和刀具之間、工件和刀具在機(jī)械加工過(guò)程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生一定的摩擦力，由此也會(huì)引發(fā)自激振動(dòng)[3]。

如果刀具安裝過(guò)程中剛性相對(duì)較差，由此就會(huì)導(dǎo)致機(jī)械加工過(guò)程中刀桿出現(xiàn)明顯顫動(dòng)，從而引發(fā)自激振動(dòng)。

1.3.2 自激振動(dòng)控制措施

（1）合理調(diào)整振型剛度比：不同加工材料阻尼會(huì)存在較大差異，因此針對(duì)機(jī)床立柱以及床身等一些支撐件通常情況下會(huì)利用鑄鐵進(jìn)行制造，以此來(lái)有效抑制自激振動(dòng)。另外還可以通過(guò)有效提升機(jī)械系統(tǒng)剛度來(lái)有效抑制自激振動(dòng)；

（2）科學(xué)選擇切削用量：切削速度會(huì)對(duì)刀具使用壽命產(chǎn)生巨大影響，因此在加工過(guò)程中針對(duì)不同加工工件需要合理的控制切削速度。另外，還可以充分結(jié)合切削內(nèi)容來(lái)合理選擇幾何角度，保證切削加工的穩(wěn)定性。

2 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，機(jī)械振動(dòng)是機(jī)械加工中不可避免的一個(gè)問(wèn)題，因此應(yīng)該針對(duì)振動(dòng)原因進(jìn)行深入分析，并采取有針對(duì)性措施進(jìn)行控制，這樣才能最大程度降低其危害。