試論機械加工過程中的振動特點及預(yù)防方法

趙新樂（新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南 新鄉(xiāng) 453000）

1 引言

機械加工振動現(xiàn)象的發(fā)生會影響工件表面質(zhì)量，降低機械產(chǎn)品的精度和剛度。為預(yù)防這種情況發(fā)生，必須根據(jù)實際工作需要采取相應(yīng)的改進(jìn)和預(yù)防對策，實現(xiàn)對振動的有效預(yù)防，從而提高機械加工精度和工件質(zhì)量，更好滿足機械行業(yè)對工件設(shè)備的需要，促進(jìn)機械產(chǎn)品加工競爭力的提高。

2 機械加工過程中的振動特點

機械加工振動主要有強迫振動與自激振動兩種類型，它們有著自己顯著的特點。

（1）強迫振動特點。強迫振動本身不改變干擾力，與機械加工全過程沒有多大關(guān)系，采取措施消除干擾力之后，振動能夠全部停止。其振動頻率與外界干擾力頻率相近，并且容易與系統(tǒng)固有頻率發(fā)生共振現(xiàn)象，對機械加工整個過程帶來不利影響。另外，強迫振動產(chǎn)生的振幅與干擾力成正比，與剛度、阻尼成反比。

（2）自激振動特點。自激振動的產(chǎn)生不存在周期性外力干擾，產(chǎn)生的振動頻率與機械加工系統(tǒng)某一固有頻率相近。振動過程中會導(dǎo)致不衰減的周期性變化，并且振動系統(tǒng)借助這種變化力獲得補充能量，確保振動繼續(xù)進(jìn)行。振動停止，外力變化與能量補充也停止。另外，自激振動產(chǎn)生及振幅大小，它是由振動周期內(nèi)獲得的能量與消耗的能量比值所確定的。

3 機械加工過程中的振動成因

導(dǎo)致機械振動產(chǎn)生的原因是多方面的，有些振動類型還是多種因素所致，具體來說，其主要產(chǎn)生原因包括以下方面。

（1）強迫振動成因。導(dǎo)致強迫振動產(chǎn)生的原因是多方面的，主要包括工藝系統(tǒng)的外部和內(nèi)部成因所致。前者成因又包括離心慣性力引起的振動、機械加工系統(tǒng)傳動機構(gòu)存在缺陷、機械加工存在間歇情況，導(dǎo)致周期性激振力，引起強迫振動現(xiàn)象。后者成因又包括地基振動因素的影響，主要是指地基周圍存在強烈振動，液壓系統(tǒng)的液壓件出現(xiàn)沖擊現(xiàn)象，導(dǎo)致強迫振動情況發(fā)生。

（2）自激振動成因。在整個機械加工切削過程中，切削與刀具、刀具與工件之間存在摩擦現(xiàn)象，這種摩擦力發(fā)生變化之后，容易引起自激振動現(xiàn)象發(fā)生。例如，在加工過程中工件內(nèi)部存在不均勻現(xiàn)象，導(dǎo)致刀具崩刀后與加工設(shè)備發(fā)生自激振蕩現(xiàn)象。刀具安裝工作不到位，剛性較差，不能很好適應(yīng)機械加工需要，容易出現(xiàn)刀桿顫動現(xiàn)象，引發(fā)振動現(xiàn)象。加工細(xì)長軸剛性較差，容易導(dǎo)致工件表面出現(xiàn)波紋或錐度情況，積屑瘤不穩(wěn)定，加工過程中刀具前角、切削層橫截面積出現(xiàn)變動，或者是切削量選取不當(dāng)。這些情況的存在，都會引起自激振動現(xiàn)象發(fā)生。

4 機械加工過程中的振動預(yù)防方法

為實現(xiàn)對機械振動的有效預(yù)防，確保機械加工順利進(jìn)行，提高加工產(chǎn)品質(zhì)量。根據(jù)存在的問題，結(jié)合振動的成因，筆者認(rèn)為今后應(yīng)該從以下方面采取有效的預(yù)防方法，

4.1 強迫振動預(yù)防方法

第一，減小激振力。加工中的回轉(zhuǎn)不平衡質(zhì)量引發(fā)激振力，為此，應(yīng)該采取以下方法減小回轉(zhuǎn)元件不平衡導(dǎo)致的沖擊力與離心慣性力。對砂輪、轉(zhuǎn)子、刀盤等設(shè)置自動平衡裝置，或者對其采取靜平衡和動平衡措施。同時要提高傳動和傳動裝置穩(wěn)定性，確保傳動皮帶質(zhì)量合格，長短一樣，盡量減少接頭，最好采用斜齒輪，主軸上安裝飛輪。對聯(lián)軸器各軸心線的同軸度進(jìn)行改善，去除高速軸和主軸上的凸輪，確保軸的制造精度，提高軸輪安裝質(zhì)量。

第二，調(diào)節(jié)振源頻率。對加工系統(tǒng)固有頻率進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，對激振力頻率進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，做好機械設(shè)備設(shè)計和安裝工作，讓固有頻率遠(yuǎn)大于或小于共振區(qū)頻率。調(diào)整軸承與鑲條的間隙，使其偏離激振頻率。適當(dāng)調(diào)整加工系統(tǒng)運行參數(shù)，避免強迫振動產(chǎn)生。

第三，增加系統(tǒng)阻尼。機床主軸上加裝電流變液阻尼器，預(yù)緊滾動軸承，支承件零部件臂上填充型砂或混凝土等，承受彎曲振動的支承件表面涂上黏性材料，通過采取這些措施，實現(xiàn)增加系統(tǒng)阻尼系數(shù)的目的，預(yù)防振動現(xiàn)象發(fā)生。

第四，隔離外來振動。電動機、油泵與動力源、機床分開，用隔振材料將加工設(shè)備與地面隔開，電動機底座與墊板間安裝有彈性的木板或硬膠皮墊，機床周圍開挖防振溝等，實現(xiàn)對強迫振動的有效預(yù)防。

4.2 自激振動預(yù)防方法

第一，減小重疊系數(shù)。具體的機械加工過程中，要采取相應(yīng)措施，改變切削用量和刀具幾何形狀，使得重疊系數(shù)值能夠盡量減小，這樣有利于切削順利進(jìn)行，確保切削加工穩(wěn)定與可靠，取得更好的機械加工效果。

第二，合理選用刀具幾何參數(shù)。根據(jù)實際需要，適當(dāng)增大前角與主偏角，后角在滿足要求的前提下，盡量取小值，達(dá)到減小機械振動的目的。精加工時，在刀具主后面上磨出后角為負(fù)的窄菱面，以增大摩擦阻尼，預(yù)防自激振動現(xiàn)象發(fā)生。

第三，適當(dāng)選擇切削用量。選擇較大進(jìn)給量和較小切削深度，如果對工件要求不高，可以采用高速或低速切削方式，如果加工中已經(jīng)保證加工表面粗糙度，可適當(dāng)選取較大進(jìn)給量，這樣既能滿足加工需要，提高加工效率，還能避免出現(xiàn)自激現(xiàn)象。

第四，科學(xué)安排設(shè)備位置。為保證機械產(chǎn)品的加工效率，提高產(chǎn)品加工效果，對機床、工件、刀具要做好安裝工作，保證它們的位置合理，為各項工作順利開展奠定基礎(chǔ)。應(yīng)該合理控制剛度比、方位角、工件的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)等指標(biāo)，確保加工穩(wěn)定、順利進(jìn)行，提高機械加工產(chǎn)品質(zhì)量。

5 結(jié)束語

綜上所述，在機械加工過程中，機械振動具有多方面特點，其成因也是多方面的。今后在實際工作中，應(yīng)該認(rèn)識其特點和成因，并采取相應(yīng)的控制和改進(jìn)對策，實現(xiàn)對振動的有效預(yù)防。確保機械加工順利進(jìn)行，提高機械加工產(chǎn)品質(zhì)量。

[1]田前奎,黃平.淺析機床加工中的振動及控制措施[J].廣東化工,2013(14):197-198.

[2]曹婷婷.機械加工中的振動問題及其控制措施分析[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2014(09):82-83.

[3]劉建新,楊慶玲.機械加工過程中機械振動的成因及解決措施[J].常州工學(xué)院學(xué)報, 2013(01): 6-9.

[4]于濤.機械加工過程中的振動特點及預(yù)防措施[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2014(09):59.