機械加工過程中振動產生的原因及預防措施的探討

睢雪亮，馬兆賓

(河南工業技師學院，河南 鄭州450007)

機械加工過程中振動產生的原因及預防措施的探討

睢雪亮1，馬兆賓2

(河南工業技師學院，河南 鄭州450007)

在當今，隨著機械加工制造工業高速發展，對產品制造精度有著極近苛刻的要求，因此本文所探討的機械加工過程中振動產生的原因及預防措施，也就有著非常重要的科學意義。

機械加工；自由振動；強迫振動；預防措施

一、機械加工中振動的種類

1.自由振動

在系統中，如果出現初始干擾力，往往會影響到系統的平衡狀態，只能通過彈性恢復力完成維持振動，其就是自由振動。對于自由振動來說，其具有阻尼，因此一般都會逐漸地衰減，大約占5%的概率。

2.強迫振動

強迫振動指的是系統受到周期性激振力(干擾力)的持續影響而出現振動的現象，大約存在35%的概率。

3.自激振動

在系統中，其出現交變力而激發與維持所出現的振動，如果確定沒有周期性的干擾時，一般屬于自激振動，大約占65%的概率。

二、自由振動的簡述

系統出現振動時，在外力的影響下，如果其偏離平衡點后可以自行按照固有的頻率進行振動，并擺脫外力的影響，那么其就是自由振動。在理想的前提下，其還可以稱為無阻尼自由振動。但是振子由于時間變化而受到外界刺激出現振動時，其則屬于強迫振動。其中，在工程力學中，無論是距離刺激與力刺激，還是不平衡刺激，其都屬于重要的組成因子。其振幅處于共振的環境下時，可以體現出最大值。而當無阻尼和刺激頻率相等于固有頻率時，其振幅可以無限大，而在阻尼增大的條件下，其與共振振幅屬于反比例關系。

三、強迫振動產生的原因及預防措施

1.強迫振動產生的原因

（1）不平衡而導致離心慣性力的出現

在車床運轉的過程中，其存在明顯的質量偏心，如果機床處于高速旋轉時，將會出現一定的離心慣性力，從而導致機床出現振動的現象。在一般情況下，其振動的頻率和相關元件的轉數保持一致。

（2）機床傳動機構的缺陷

對于機床的部分零部件（特別是旋轉類型），如果其在制造或者裝配的過程中存在誤差的現象，那么其在轉動時往往會受到周期性干擾力的影響，從而出現強迫振動。另外，滾動軸承在制造時存在誤差，V帶厚度不符合要求等都會出現振動的現象。

（3）地基振動

在機械加工的過程中，如果地基出現振動現象時，其往往會把振動傳導給機床，從而造成機床和地基出現同樣的振動。其振動的幅度主要有兩個層面的影響：一是周圍機械設備的振動幅度。例如沖床、鍛錘等設備。二是地基自身以及整個建筑物承載結構的諧振特性。

（4）部件慣性力而出現的振動

對于機床中具有往復運動的部件來說，其在換向的過程中由于慣性力往往也會出現一定的振動。另外，在液壓系統中，當其液壓件出現沖擊現象時，也會出現強迫振動。

2.強迫振動的減小措施

（1）如果機床某一零件的轉速達到600r/min以上時，那么其就屬于高速回轉的狀態。在一般情況下，可以通過平衡調整、自動調節平衡裝置的設置或增加減振裝置等方式完成有效減振。

（2）對軸承、鑲條等部位的間隙進行有效調整，使系統的頻率得到轉變，從而改變與激振頻率一致的情況；而對于運動參數，在實際工作上可以有效減少，從而降低強迫振動的頻率，使其離開機床加工薄弱模態的固有頻率。

（3）增加傳動部件的剛性或者穩定性。例如，對于車床與磨床來說，在一般情況下要盡量避免接頭皮帶的使用，對于傳動的皮帶則需要保持其長短的一致性。另外，如果符合條件要求，可以利用斜齒輪有效代替直齒輪，而在主軸上進行飛輪安裝等辦法也較為常用。

（4）對于精密磨床來說，要減少齒輪泵的使用，在一般情況下可以利用葉片泵來代替。

（5）對于高精度的機床來說，在一般情況下，其動力源和機床本體要盡量分別安置在兩個基礎上，從而實現有效的隔振工作。

四、自激振動產生的原因及預防措施

1.自激振動產生的原因

（1）在進行切削時，切屑和刀具，或刀具和工件之間產生摩擦，其在不斷變化的過程中，容易引起振動。

（2）對于切削層來說，其金屬內的硬度存在不均勻的現象時，也會引起振動。

（3）所選用或安裝刀具的剛性較差時，也會引起振動。例如，刀桿的尺寸過小或者安裝伸出量超出時，往往導致刀桿出現顫動的現象。

（4）如果工件的剛性較差時，往往也會引起振動。例如，對細長軸進行加工時，由于其剛性較差而造成表面產生波紋或者圓錐度，從而引起振動。

（5）對于切削量的選擇不合適時，往往也會導致振動的出現。

2.自激振動的減小措施

（1）重疊系數μ容易直接影響到再生效應，因此在一般情況下要積極降低。而對于重疊系數來說，其數值的大小由加工辦法、刀具形狀以及切削的用量大小等因素決定。

（2）在使用刀具時，要正確調整其幾何參數，其中主偏角κr與γo對加工振動的影響較大。在實際工作上，可以增大前角與主偏角，進而降低振動現象。而后角則需要適度降低，但是在進行精加工時，由于其切削的深度往往較小，如果減少后角時，其刀刃較難完成工件切入的同時，還容易引起刀具和加工表面之間出現摩擦加大的問題，而出現這樣的問題時，其振動問題將越發增大。因此在一般情況下，需要對刀具的主后面進行磨切，從而讓后角的一段形成負的窄棱面，降低工件與后刀面的摩擦阻尼。

（3）正確把握切削的用量。例如在一般情況下，對進給量要較大選用，而切削深度則進行一定程度的減少，從而有利于降低振動。

（4）在條件滿足的前提下，要不斷增強機床的抗振能力，例如，減振裝置的選用。

五、結束語

綜上所述，經過相關分析與探討后，可以知道機械加工出現振動的原因較多，在實際工作上較為容易受到相關復雜因素的影響。因此一定要把握好其出現振動的主要原因，并通過相應的有效對策，不斷降低客觀環境上存在的不利因素。另外對于現階段來說，其相關措施還不完善，如果想要完全消除機械加工上的振動問題時，還需要更為深入的研究工作，因此希望相關人員加大研究力度。

[1]盧秉恒主編.機械制造技術基礎[M].機械工業出版社,2007.

[2]馮之敬主編.機械制造工程原理[M].清華大學出版社,2002.

[3]裴艷梅.機械加工過程中的振動和防止方法[J].中小企業管理與科技（上旬刊），2008.

[4]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.

（編輯 文新梅）

Discussion on the Causes and Preventive Measures of Vibration during Machining

SUI Xueliang，MAZhaobin
(Industrial Technician College,Zhengzhou 450007,China)

Today,with the rapid development of machinery manufacturing industry,the product manufacturing precision is demanded extremely highly and therefore the causes and preventive measures in machinery manufacturing processes are discussed in this article.It has a veryimportant scientific significance.

machining；free vibration；forced vibration；precaution

G712

B

1672-0601（2015）06-0108-02

睢雪亮(1980-)，男，河南省安陽市，河南科技學院機電技術教育專業畢業，本科，講師，機械教研室主任。主要研究方向：機械加工制造技術。