機械加工過程中機械振動的成因及解決措施

賈曉東

摘要：在機械加工過程中，機械振動現象較為常見，不僅會造成噪聲污染，還會對切削刀具造成損害，同時振動現象會降低生產效率，嚴重時甚至會影響被加工零件表面質量，因此在機械加工過程中必須采取有效措施防止機械振動，以此提高加工效率。基于上述背景，本文簡要概述了機械加工過程中機械振動成因，并探討了機械振動的解決措施，以期能為機械加工順利開展提供有效參考。

關鍵詞：機械加工；機械振動；成因；解決措施

一、前言

近年來，我國數控技術發展迅速，被廣泛應用于機械生產加工過程中，極大地提高了機械加工效率，為我國制造業發展提供了便捷條件。但是在實際加工過程中，刀具和零件之間處于無休止周期運動狀態，極易出現振動現象，嚴重影響了機械加工的效率和精準性。因此在具體加工過程中，工作人員必須明確振動現象成因，并予以有效的處理措施，以此提高機械加工的整體質量。

二、機械加工過程中機械振動的成因

機械加工過程中機械振動主要分為自由振動、自激振動和強迫振動三種類型，其具體成因分析如下：（1）自由振動成因，在機械加工中，會出現切削力突然變化的情況，由此會引起自由振動，同時在加工過程中外界力會沖擊加工設備，造成自由振動。自由振動發生過程中并不存在外來能量的補充，因此振動會在阻尼作用下減緩，對整個加工過程影響較小，但是在特定條件下，自由振動會轉化為自激振動；（2）自激振動成因，第一，在切削過程中，刀具與工件和切削之間會發生摩擦，使得摩擦力發生變化，從而引起自激振動現象；第二，工件內部硬度存在不均勻現象，在加工中刀具會發生崩刀故障，并作用于加工設備，發生自激振動；第三，在機械加工中，其刀具剛性較差，刀桿容易出現顫動現象，引發自激振動；（3]強迫振動成因，主要包括系統外部和系統內部兩方面原因，前者主要表現為地基振動和液壓件）中擊兩種因素，而后者主要包括三個方面：第一，離心慣性力，在加工系統中，電動機聯軸節、砂輪機工件之間會出現不平衡現象，產生離心慣性力，出現強迫振動現象；第二，系統轉動機構存在缺陷，旋轉零件存在裝配或者制造誤差，造成周期性的干擾力，進而引發強迫振動；第三，具體加工過程中存在間歇性，當加工件的間斷部分與加工部位進行交替時，極易出現激振力，最終導致強迫振動。

三、機械加工過程中機械振動的解決措施

（一）自激振動解決措施

在機械加工過程中，自激振動主要受切削時系統內部因素影響，因此處理自激振動現象時應從系統內部著手，進而有熊解決機械加工過程中的機械振動現象。例如在某車削加工過程中，工作人員采取如下措施解決自激振動現象：①降低重疊系數，在加工過程中，重疊系數會影響系統再生效應，其數值的大小主要由切削用量、刀具幾何形狀和加工方式決定，以加工螺紋工件為例，工作人員將重疊系數設置為0，系統中便不會出現再生性的自激振動現象。通常情況下，重疊系數應控制在0～1范圍內，為了降低該數值，工作人員可對刀具幾何形狀和切削用量進行調整，以此保證切削的穩定性；②確保幾何參數選擇的合理性，在機械加工中，主偏角與振幅成反比，當該角度設置為90度時，其振幅最小，并且切削力與反角成正比，振幅會隨著前角的增大而減小。基于此在加工過程中，工作人員適當地增大主偏角和前角，同時在精加工時注意增大后刀面和工件之間的摩擦阻尼，具體可在刀具的主后面磨出一段窄棱面，并確保其后角為負；③確保切削用量的合理性，在切削中，工作人員選擇較小的切削深度，并提升切削進給量。同時如果加工零件無特殊要求，則選擇高速切削的加工方式。此外，根據具體規定，如果加工表面粗糙程度在允許范圍內，則可適當地增大進給量。

（二）強迫振動解決措施

在機械加工過程中，強迫振動現象主要受周期性激振力影響，且在通常情況下，干擾力的頻率與強迫振動頻率相等，基于此在解決強迫振動現象時，其關鍵點在于找出振動源。例如在某工廠機械加工過程中，采取如下解決措施：①降低激振力，在機械加工中，激振力主要由回轉不平衡質量所致，基于此工作人員從減少離心慣性著手，首先工作人員進行元件動平衡和靜平衡處理，選擇轉速超過600r/min的砂輪或者刀盤等元件，必要時在系統中設置自動平衡裝置；其次工作人員注重提升傳動裝置的穩定性，將系統中的直齒輪轉化為斜齒輪，并且保證傳動皮帶長短相同，同時還需在主軸上安裝飛輪，以此降低激振力發生幾率；最后改變同軸度，并去除高速軸上帶動潤滑油泵的凸輪，提高傳動的穩定性；②對振源頻率進行有效調節，在機械加工中重新設置系統各部件固有頻率，以共振頻率為參考，固有頻率設置應遠遠高于共振頻率數值。同時調整鑲條與軸承之間的間隙，保證其偏離激振頻率，從而有效降低自激振動發生幾率；③提升系統阻尼，選取系統中的機床主軸，將電流變液阻尼器加裝在主軸上，并合理調整滾動軸承，同時工作人員在支撐件零件臂中放入阻尼材料，以此提升系統阻尼。此外，還可有效處理系統中承受彎曲振動的支撐件，在其表面涂抹黏性材料，并且在材料選擇時確保其具有較高彈性模量和內阻，以此確保系統阻尼的合理性。

四、結束語

綜上所述，機械振動在機械加工過程中較為常見，嚴重影響工件的加工質量和整體作業效率，并對周圍環境造成不良影響，因此在具體加工過程中必須明確振動成因，并給予有針對性的解決措施，以此提升機械加工質量。針對機械加工過程而言，機械振動成因較為復雜，工作人員必須根據振動機理類型和加工實際情況予以合理分析，并在總結實踐經驗的基礎上采取有效措施，提升整個生產加工效率。endprint