機械加工過程中機械振動的成因分析

余建國

摘 要：隨著科學技術的飛速發展，機械加工水平也不斷提高。在加工過程中經常出現機械振動就會對機械加工造成不利的影響，因此有必要對機械加工過程中機械振動的成因進行深入研究，以便更好的保證工件的表面質量，并結合具體原因制定解決方案，減少振動的發生，提高加工質量。

關鍵詞：機械加工；機械振動；成因分析

1 機械加工中機械振動的分類

1.1 強迫振動

強迫振動是機械加工過程中較為常見的振動類型之一，產生這一振動的主要原因是由于在機械加工過程中受到外界周期性干擾的影響，進而導致設備系統出現強迫振動現象。同時由于外界力量所產生的干擾具有周期性的特點，因此可以提供持續的動力機械振動。也就是說，只要有外力干擾，振動將不會停止。其中強迫振動的特點主要有：一是干擾力不會受到強迫振動的影響而改變；二是強迫振動的頻率與外界周期干擾力的頻率具有一定關系，頻率相同或者存在整倍數關系；三是當外界干擾力的頻率與系統固有頻率的比值等于或接近時，機械系統則會產生共振，并且在這種情況下，所產生的振幅將達到最大值。

1.2 自激振動

自激振動是在機械加工過程中所出現的交替周期振動，是在一定相互作用下產生的。其中自激振動表現的特點主要有：一是自激振動的頻率與系統固有頻率具有一定關第，通常會表現為處于等于或接近的狀態；二是自激振動的產生及其振幅受到多種因素影響，通常會取決于系統所獲得的能量與阻尼消耗能量的對比情況；三是因為持續自激振動的干擾力是由振動過程本身激發的，所以當外界振動中止， 其干擾力及能量補充過程也就會立即消失。

2 產生機械加工振動的原因分析

2.1 產生強迫振動的原因

在加工過程中容易出現的強迫振動，產生強迫振動有內部因素和外部因素，但主要受到內部因素的影響，主要表現在以下幾個方面：一是機床上回轉件不平衡影響了機械整體離心力發生周期性變化。這一狀況通常會由電機或卡盤、皮帶輪回轉不平衡引起。二是因為機床傳動零件的缺陷情況導致周傳動力的期性變化。如因拖板間的塞鐵間隙過大、刀架、主軸軸承等機床部件發生松動或制作誤差而引起。三是切削力由于切削過程的不均勻性引起。引發強迫振動的外部因素主要是地基振動因素引起。如機械加工現場地的沖壓機械在加工過程中會產生強烈地基振動，進而會導致強迫產生振動的。

2.2 產生自激振動的原因

在機械加工過程中，自激振動會經常出現，造成自激振動發生的原因主要有：一是在切削零件過程中，由于刀具在實際加工過程中與工件之間會發生摩擦，進而導致自激振動。二是在加工過程中，因為在特殊情況下，受到設備硬度不均勻的影響，會直接造成崩刀現象，從而引發自激振動。三是由于刀具安裝剛性差等因素影響刀桿發生顫動。四是工件剛性差所導致。

3 防治機械振動的對策建議

3.1 降低強迫振動的具體方式

一是降低激振力。為了減小振動過程中的不平衡問題，可以減少沖擊力和系統離心力。設置自動平衡裝置，合理安裝切刀裝置或采取靜態和動態平衡措施。同時為了提高傳動裝置的穩定性，保證傳動帶的質量，最好使用斜齒輪，將飛輪安裝在主軸上，保證軸的加工精度，改進軸輪的安裝質量。二是要降低外來因素所產生的振動對機械設備造成的影響。在機械加工中通過合理劃分機床功率可以使用隔振材料，有效減少外部振動對設備的影響。在加工設備和地面間加隔振材料、彈性木或硬橡膠墊，有效地防止強迫振動。三是提高系統阻尼。為了減少機械加工過程中所產生的振動，需要進一步提高機械設備的剛性和穩定性，同時提高阻尼系數也是解決該問題的有效措施。比如適當安裝阻尼器可以增加系統的阻尼，在機床的主軸支撐處安裝混凝土阻尼材料，可以更有效地提高阻尼裝置的效率，促進設備穩定性的提高。

3.2 減少自激振動的措施

一是合理選擇切削用量。從實驗得知，切削速度提高一倍，切削溫度約增高30%～40%所以切削速度會對刀具壽命產生很大影響。通過合理提高切削速度可以有效控制切削溫度的上升，進而保證機械刀具壽命。針對不同類型的機械加工條件，按照不同加工工件的硬度，進一步合理改變切削速度。二是選擇合適的切削參數。進給量和切削深度對工件的影響也很大，可以使用高速或低速切削模式，如果必須保證加工表面粗糙度要求不高，可適當選擇大的進給量，以滿足加工的需要，提高加工效率。工件表在粗糙度要求較高時，就必須降低進給量。三是合理選用刀具的幾何參數。在刀具的選擇過程中應該按照刀具幾何參數要求進行合理選擇。刀具主偏角和前角等幾何參數與振動之間的關系最為密切，在實際切削情況下，可以適當增大前角與主偏角，后角在滿足要求的前提下，可以盡量取小，以便達到減小機械振動的目的。因此，確定合理的刀具幾何參數能夠有效減少自由振動的發生。四是提高機械系統的抗振性。工藝系統所具有的抗振性能本身就會對機器振動性能產生很大的影響，所以為了減少振動的影響，就需要提高機械加工工藝系統。針對機械加工工件的接觸面需要不斷提高剛度，并嚴格控制工件的磨削質量，確保機械設備的主軸和軸承預緊力以便提高頂孔之間的間隙。合理使用帶有減振裝置的設備，用各種系統的工藝方法可以降低減振措施以吸收振動能量。阻尼裝置具有良好的效果，可以有效地提高強迫振動的平整度。

4 結束語

總而言之，機械加工是機械加工生產的重要方面，保證機械加工質量就是促進機械生產的重要基礎。在機械加工過程中，機械振動具有許多特點，其原因也是多方面的。本文對機械加工過程中機械振動的成因進行了分析，可以按照產生振動的特點和原因并采取相應的控制和改進策略，以便對振動進行有效預防，確保機械加工的順利進行，提高產品的加工質量。

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