機械零部件加工中振動產生原因分析及控制

楊磊

摘 要：機械加工是一個國家工業發展的重要基礎，隨著我國經濟的快速發展，國家提出了工業2.0計劃以實現我國工業發展的轉型升級，在這一過程中應當對機械加工加以重視，提高機械加工質量。機械零部件的加工質量是機械零部件加工制造中的重點也是難點，在機械零部件的加工過程中振動現象是出現最頻繁也是對機械零部件加工質量影響較大的問題之一，做好機械零部件的機械加工需要做好對于機械零部件加工中振動的解決，本文將在分析數控加工中振動形成原因及其會對機械零部件加工所造成的不良影響的基礎上對如何做好機械零部件加工中的振動的消除進行分析闡述.

關鍵詞：機械零部件；振動；振動消除

中圖分類號：TH161 文獻標識碼：A

振動是一種在機械零部件的加工中多發且會造成嚴重危害的物理現象，現今在機械零部件的加工中多采用的是數控加工的加工方式，但是在機械零部件的加工時如出現振動將會使得加工刀具和加工工件之間出現一定的相對位移，從而會在機械零部件的加工表面產生一定的振痕進而影響機械零部件的表面加工精度和加工質量。此外，在機械零部件的加工過程中如產生振動將會使得加工刀具受到額外附加的動載荷從而使得刀具的磨損加速嚴重時甚至會造成崩刃，影響加工的安全性和機械零部件的加工質量。在機械零部件的加工過程中所產生振動還會使得機床、夾具等的連接部分產生一定的松動，在影響機械零部件的加工質量的同時還會導致切削加工無法正常進行。在振動較為嚴重時多采用的是降低機械零部件的加工進給量，從而使得機械零部件的數控加工效率大為降低，因此需要在總結分析機械零部件加工時所產生的種類的基礎上對如何做好機械零部件加工時振動的管控進行討論以便更好地對機械零部件進行加工提高機械零部件的加工質量和加工效率。

1.機械零部件加工時所產生的種類和振動產生的原因分析

在數控機床對機械零部件進行加工的過程中其所產生的振動主要有：自由振動、受迫振動和自激振動的幾種類型。其中，對于機械零部件加工時所產生的自由振動，其產生的主要原因是由于機械零部件在加工的過程中工藝系統受到部分外作用力的作用，比如：外界對于機械零部件加工時的沖擊力、機床傳動系統非周期性所引起的沖擊力和加工工件時所產生的沖擊力等，這些附加的外作用力都會對系統的平衡及穩定性造成一定的影響，這些外附加力需要依靠系統本身的彈性恢復力進行平衡恢復，在這一過程中機械零部件加工系統中所產生的振動主要是自由振動，在機械零部件加工系統遭受到自由振動時其振動的頻率與加工系統自身的頻率相同，但是加工系統會對振動產生相應的阻尼作用從而抵消機械零部件加工時所產生的自由振動。在機械零部件的加工過程中所產生的強迫振動其主要來源來自于外界周期性的干擾力所引起的，造成其產生的主要原因有：機械零部件的切削過程中會由于機床自身精度的原因從而造成機械零部件在加工的過程中出現受力不均勻的現象并表現為機械零部件加工系統的受迫振動，此外，在機械零部件的加工過程中，加工刀具的反面也會導致受迫振動的產生，在機械零部件的加工過程中需要使用多種刀具，而各種刀具都有其獨特的刃口高度，這些刃口高度在機械零部件的機械加工時會導致受迫振動的產生，而當機械零部件在加工的過程中在機械零部件的表面出現硬度突變或是其他一些原因的情況下都會導致機械零部件在加工時產生振動。機械零部件加工時所產生的受迫振動尤其獨特的特點，在機械零部件的加工時受迫振動多是機械規律性的振動，因此其表現為諧振動，在外界干擾率沒有完全消除時，機械零部件加工所產生的振動不會消除，外界所產生的干擾力和機械零部件的所產生的振動呈現出正比關系，此外，機械零部件加工時多產生的振動頻率和干擾力的頻率相同，當系統的阻尼力變小時，強迫振動時所產生的振幅將會增大，而系統振動所產生的諧波的影響軌跡范圍也將隨之增大，因此，通過適當地加大系統的阻尼可以將機械零部件加工時所產生的強迫振動的振幅大為降低。對于機械零部件加工時自激振動主要產生于機床在對機械零部件進行加工的過程中，機械零部件加工所產生的振動會使得機械零部件加工所產生的切削力產生周期性的變化，而這一變化的切削力又通過反作用于系統從而對系統所產生的振動大為加強，在機械零部件的加工過程中，其所產生的自激振動主要來自于頻率較高的的強烈的振動，這一振動的存在會使得機械零部件加工表面的質量受到較大的影響，此外，機械零部件加工時遭受到自激振的影響還會影響機械零部件的加工效率，因此，需要在機械零部件的加工過程中對于振動所產生的影響引起足夠的重視并通過采用合理有效的措施來對

2.機械零部件加工過程中所產生的振動的控制及消除措施

在機械零部件加工過程中所產生的3類振動中，強迫振動和自激振動在其中占據較大的比例，而自由振動對于機械零部件的加工質量所產生的影響較小，機械零部件加工時所產生的自由振動能夠迅速地依靠機械零部件加工系統自身的阻尼力予以抵消從而減小其對于機械零部件加工系統所造成的影響，因此在機械零部件加工所產生的振動的控制上需要著重加強對于受迫振動和自激振動的控制。

2.1 控制及消除機械零部件加工自激振動的措施

為做好對于機械零部件加工時所產生的自激振動的控制可以通過以下措施加以控制：（1）做好機械零部件加工時的刀具的幾何參數的選擇與控制，在機械零部件加工所使用的刀具的幾何尺寸中，各參數中主偏角和前角是對于機械零部件加工所產生的自激振動影響最大的兩個參數，其中主偏角會影響到機械零部件加工時的切削的寬度，而主偏角參數與切削的寬度呈現出反比關系，即主偏角參數越小則使用此刀具在機械零部件的加工過程中會產生的越大的切削寬度從而使得機械零部件在加工的過程中更易導致自激振動的產生，此外，前角與機械零部件的切削力大小呈反比關系，適當地增大機械零部件加工刀具的前角可以有效地降低機械零部件加工時的刀具的切削力和切削振幅。提高機械零部件的加工精度和加工質量。機械零部件加工過程中各加工參數也會對機械零部件加工時的振動造成一定的影響，因此需要對機械零部件加工時的加工參數進行合理地選擇。做好對于加工參數的選擇關鍵是要做好對于機械零部件加工過程中的切削速度和工件的進給量及背吃刀量參數的選擇。比如說在機械零部件的加工過程中，刀具的進給量控制在20m/min～60m/min的范圍內時，機械零部件加工所產生的自激振動的增長較為迅速，而當機械零部件的加工進給量超出這一范圍時機械零部件自激振動的振幅和振動的影響將大為降低，因此在機械零部件的切削加工過程中需要根據機械零部件加工的實際情況選擇合理的加工切削參數。為減小自激振動對于機械零部件加工所造成的影響，在機械零部件的加工時還可以通過增強系統本身的抗震性來提高機械零部件的加工質量，通過提高機床系統的抗震性增強機床系統的抗震能力，在增強機床系統的抗震性方面首先可以從改善機床系統的剛性入手，在增強基礎系統剛性的同時還可以通過對機床系統的各部件的固有頻率進行分析并通過采用合理的措施以增強基礎系統的阻力，從而實現對于機床系統的抗震性的加強，此外，在機械零部件的加工過程中，刀具的自激振問題也是影響機械零部件加工質量的重要一環，通過增強刀具的抗震性也可以實現機械零部件加工質量的提高，除此之外還能夠通過提高待加工機械零部件的彎曲剛性來降低機械零部件加工過程的自激振動對于機械零部件加工質量的影響。為減小機械零部件加工中振動對于機械零部件加工質量的影響還可以通過在機械零部件的加工過程中在加工系統中加入消振裝置來對振動加以控制，其主要的方式可以通過在機械零部件加工系統中加入吸振裝置，所添加的吸振裝置根據其作用機理的不同主要分為動力式吸振器和沖擊式吸振器兩大類，其中的動力式吸振器主要的作用機理是通過在機械零部件的加工系統中添加多個較大的質量塊，這些質量塊來產生的力與機械零部件加工過程中所產生的激振力相抵消以實現對于機械零部件加工過程中的振動的控制，此外，沖擊式吸振器的作用機理主要是通過在機械零部件的加工振動系統中添加一個與剛性連接的殼體，通過在剛性殼體中加入一個能夠自由運動的質量塊以實現對于機械零部件加工時所產生的自激振動的抵消。此外在減小自激振動對于機械零部件加工質量的影響中還可以通過調整振型的剛度比的方式來減小振動所造成的影響，通過振型耦合原理的分析，機械零部件振動還受到振型的剛度比及其組合的影響，通過在分析其原理的基礎上對兩者之間的關系適當地調整能夠有效地提高系統的抗震性，從而抑制機械零部件加工中的自激振動的產生。

2.2 做好受迫振動的控制以降低其對于機械零部件加工系統的影響

以上對于在機械零部件的加工過程中的受迫振動所產生的原因進行了分析，為降低受迫振動對于機械零部件加工系統的影響需要找出造成受迫振動產生的振源，并對振源加以控制以提高機械零部件的加工質量。做好對于機械零部件加工過程中震源的控制可以通過以下方式：（1）將振源的激振力加以控制，當在機械零部件的加工過程中零件的轉速過高時需要對機械零部件進行找平衡，由于機械零部件自身中的各部均勻性有所差異，導致機械零部件在高速旋轉時會引起工件表面磨損的差異并導致主軸振動的產生。（2）避免機械零部件加工時所產生的激振頻率與系統自身固有頻率相接近，為避免這一現象的產生可以通過改變電機主軸的轉速或是提高機械零部件接觸面和結合面的精度并減小兩者之間的間隙，從而提高機械零部件加工系統的固有的頻率。（3）在機械零部件加工傳動系統中加裝隔振措施，在機床的床身和電機的連接處采用柔性連接的方式使得電機自身的振動被隔離在機床加工范圍之外，此外，對于機床液壓系統所造成的振動可以通過將液壓系統和機床進行分離或是在液壓系統中加裝液壓緩沖裝置以減小機床部件在進行換向時所產生的沖擊力，此外對于數控加工機床的地基中還需要進入厚橡皮或是木板、防振溝等的方式來減少外界對于機械零部件加工系統的影響，提高機床系統的抗震性。

3.做好機械零部件加工中的振動的有效利用

在對機械零部件加工中的振動的利用中，振動切削是最容易實現也是應用效果較好的方法之一，通過在機械零部件的加工中應用振動切削能夠極大地改善機械零部件的加工表面質量。振動切削的原理主要是通過改變待加工工件之間的空間和時間條件以引起切削加工原理的改變，降低機械零部件加工過程中的切削熱和切削力對機械零部件加工所造成的影響，從而使得機械零部件的切削質量能夠得到較大地提升，同時提高機械零部件加工的時效性。振動切削的時間較為短暫，因此在使用振動切削時能夠將振動對機械零部件加工質量的影響降到最低，這是由于振動切削的作用時間較短，其所產生的振動在振動切削時并未來得及作用到待加工零部件時刀具即以離開了所作用的工件。在機械加工的過程中，通過將機械加工時的切削速度進行有規律地調整，既可以將切削振動所造成的影響降低，還能夠通過此種措施合理利用振動提高加工的表面質量。比如在機械零部件加工中當振動產生時，通過降低切削力和切削溫度可以使得熱處理的零件的變形和裂紋得到較大程度地降低，從而實現對于機械零部件的精密加工。

結語

振動在機械零部件的加工過程中會對機械零部件的表面加工質量產生極大的影響。本文在分析造成機械零部件加工過程中振動產生的原因的基礎上對如何做好振動的控制進行了分析闡述。

參考文獻

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