機械加工振動現象產生原因及對策

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摘要：振動現象在機械加工中的危害性極大，它不僅會產生大量的噪聲污染，還嚴重影響加工質量與加工效率。因此，必須采取相應措施來消除這種振動現象，提高機械加工效率與加工質量。文章對機械加工中振動現象的產生原因及具體對策進行深入的探討。

關鍵詞：機械加工；振動現象；產生原因；具體對策

1自由振動的成因及危害

自由振動是機械加工振動現象的一種振動形式，發生幾率多，僅占振動現象總發生幾率的5%左右，通常引起機械加工自由振動現象的原因主要有兩點：①在機械加工過程中所產生的切削力在瞬間產生較大浮動；②由于加工過程受到外力沖擊的作用而產生的自由振動。自由振動由于不會受到外界其他能量的補充，因此在阻尼的作用下自由振動會急劇衰減。在機械加工中，自由振動對機械設備的危害性要小的多。不過自由振動的產生在某種程度上會造成機械的自激振動[1]。

2強迫振動的成因及危害

強迫振動的成因主要分為兩個方面，分別是機械設備的內因與外因。內因：①機械設備的傳動機構在高速運轉過程中所產生的強大離心慣性作用力而引發的強迫振動，例如皮帶輪、電機轉子等，強迫振動所產生的振動頻率基本和這些高速回轉元件的速率一致；②機械設備的傳動機構有缺陷時，例如傳動機構中的某些旋轉構件出現誤差、接頭松動、尺寸不均勻等，進而在高速轉動過程中產生具備周期性特征的干擾作用力，從而引發強迫振動現象；③機械設備加工中，由于其具備間歇性特征，因此造成了工件間斷位置和加工位置存在密集的節奏交替，從而在不斷的節奏交替過程中形成周期性的激振力，進而造成強迫振動，例如工件的拉削及銑削過程。外因：①在機械加工過程中引起的地基振動現象；②機械設備中的往復運動構件所產生的沖擊和慣性力也會引發強迫振動。強迫振動所產生的干擾力對機械加工過程會產生嚴重影響，甚至會造成機械設備發生損壞，因此必須采取相應的措施來消除這種強迫振動[2]。

3自激振動的成因及危害

在機械加工過程中，引起自激振動的原因有很多，主要如下：①機械設備在對工件進行切削時，工件所產生的切屑會與設備刀具形成摩擦，進而發生自激振動現象；②機械設備的刀具因工件硬度不均勻而造成崩刀，如果崩刀后仍繼續運行機械設備，就會引發自激振動現象；③機械設備的刀具安裝存在問題，造成刀桿顫動、剛性差等問題，進而產生自激振動問題；④在對細長軸工件進行加工過程中，由于工件剛度較差使工件表面形成錐度或波紋，進而造成細長軸工件加工過程中產生自激振動；⑤對工件切削量較大或過小時也會引發自激振動現象；⑥工件中的積屑瘤所引起的切削層橫截面積不斷變化而發生的自激振動現象。自激振動的成因較為復雜，并且會產生不衰減的周期性變化，其發生幾率更是占到振動總發生幾率的65%左右，這也使其對機械設備的加工效率與自身性能產生嚴重影響，甚至還會造成設備構件損壞，進而引發嚴重的安全事故。因此，必須要采取具有針對性的措施來消除自激振動現象[3]。

4機械加工中消除振動現象的具體對策

由于自由振動不會受到外界其他能量的補充，能夠快速衰減，因此對機械設備的影響非常小，幾乎可以忽略不計。而相比于自由振動來說，強迫振動與自激振動的危害性極大，它們不會進行自然衰減，因此必須采取相應的措施來消除這兩種振動現象。4.1消除強迫振動的具體對策。在消除強迫振動的措施中，主要是對激振力、振源頻率、系統阻尼來入手，并采取措施來對外來振動進行隔離。具體包括對機械設備中所有大于600轉每分鐘以上傳動構件及回轉構件加裝自動平衡裝置，并盡量采用斜齒輪來對直齒輪進行替代。在傳動構件的主軸位置處設置飛輪，并將小功率設備中的動力源和機床進行隔離，此外還要對同軸度進行改善，提高機械的制造精度及裝配質量，并去除高速軸及主軸中起到帶動潤滑油泵作用的凸輪構件，以此減小機械設備激振力。在振源頻率方面，應對激振力頻率進行必要的調節，并將機械加工設備中的各個部件固有頻率進行設計，使其在共振頻率上要遠小于共振區頻率。此外還要對設備中的鑲條、軸承等構件與其他部件的間隙進行調整，并對機械加工設備的相關運動參數進行相應的調節。在系統阻尼方面，應在加工機床的主軸位置中設置電裝變液阻尼器，并將滾動軸承進行預緊調試，還可在零部件臂內填入阻尼材料。在隔離外來振動方面，可將電動機等動力源構件和機床分離，并利用隔振材料將設備和地面實施隔離。4.2消除自激振動的具體對策。在消除自激振動的具體對策中，可以從減小重疊系數、調整機床、刀具與工件的相對位置、優化刀具選擇及對切削用量進行合理選擇等四個方面來進行入手。減小重疊系數可以通過對刀具幾何形狀及切削用量的改變來進行，這樣能夠使機械設備的切削加工更加穩定。此外，還可以在刀具的后部位置設置窄棱面。對切削用量的選擇應確保三點：①進給量大、切削深度小；②當工件加工要求不高時，可利用低速切削或高速切削；③在工件表面粗糙度能夠允許的情況下，適當增加進給量。

作者:華攀鋒 單位:無錫機電高等職業技術學校

參考文獻：

[1]魏秀梅.機械加工振動的防治[J].信息系統工程,2012(1):112+129.

[2]付連宇,于駿一,曲興田,等.消除機械加工振動的新工藝[J].汽車工藝與材料,1998(1):5-7.

[3]張鵬.農業機械噪聲產生的原因與控制技術[J].南方農機,2008(3):32.