機械加工過程中機械振動的成因及解決措施

劉秉剛 馬旭

摘? ?要：在我國科學技術的大力發展下，數控技術開始在我國機械加工領域廣泛應用。雖然在一定程度上提高了我國機械加工的效率和精確度，但由于在加工過程中，刀具和被加工機械做周期性往復運動，因此加工過程中產生機械振動十分難以避免。而一旦發生機械振動不僅會影響到機械加工質量，甚至也會導致加工機械出現損壞。因此，研究機械加工振動的解決措施，對于促進我國機械加工行業的發展具有重要的意義。

關鍵詞：機械加工? 機械振動? 成因? 解決? 措施

中圖分類號：TH161? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）06（a）-0092-02

1? 機械加工過程中機械振動的類型和成因

1.1 自由振動

在機械對產品加工過程中，最常見且最為簡單的振動類型就是自由振動。機械出現自由振動的原因大多是機械在對產品進行加工時，切削力產生的波動而引起的，或是機械對產品加工中，受到外部力的影響從而引起的。機械在自由振動過程中，通常會逐漸減弱，因此，自由振動對機械加工過程中產品加工的影響不大，但是要考慮到一個問題，就是自由振動會導致機械產生自激振動。

1.2 自激振動

自激振動是指機械在運轉過程中，出現的高頻率劇烈振動。自激振動產生的原因通常有以下幾點：①機械在對產品進行生產加工時，刀具與產品之間的摩擦力在較短時間內發生巨大的變化，從而引起自激振動。②機械在加工零件時，因加工零件硬度變化較大，導致刀具產生崩刀的現象，從而引發機械自身的自激振動。③機械對零件進行加工過程中，刀具的剛性過差，刀桿便會產生自激振動。④在機械加工的過程中，因選擇的切削量不合理，從而也會導致機械自激振動。⑤機械設備的組裝中存在某些問題，例如部分零件沒有緊密連接，也會出現機械自激振動。自激振動主要具有以下幾個特點：①自激振動是無周期性外力影響的。②自激振動會使機械自身出現不會衰減的周期性變化，系統振動會因外力影響而進行補充，從而確保長期振動，當機械振動停止之后，對這種外力周期性能量的補充將會停止。

1.3 強迫振動

在機械加工過程中，強迫振動是常見的振動類型。產生強迫振動的原因分別有內部原因和外部原因。內因通常有以下幾點：①機械在運轉過程中，產生離心慣性，從而所導致的振動。離心慣性出現的原因是機械加工設備中皮帶輪、砂輪、電機轉子和快速運轉的加工零部件等都會產生的不平衡現象，由此產生強迫振動。②機械自身存在的問題，例如尺寸規格設計存在的問題，也會導致強迫振動。③機械加工過程中因時間規律性的間隔，會有一定的節奏變換，使機械運轉過程中出現周期性的反應，從而產生強迫振動。外部原因通常是機械附近有能夠引起周期性振動的某些大型機械，例如沖床和空壓機等，這些都會引起機械產生強迫振動。強迫振動主要具有以下幾個特點：①機械自身無法改變干擾力，與加工過程中關聯性小，用與之相關的技術除去干擾力，即可以使強迫振動停止。②強迫振動易使機械引發共振現象，因此在機械運轉時產生干擾。③機械產生的強迫振動的振幅與外界干擾力成正比。④強迫振動的頻率和外界的干擾力周期相似。

2? 機械加工中機械振動控制方法

從機械加工中機械振動產生的類型來看，對機械加工質量具有直接影響的主要是自激振動和受迫振動。因此，在研究機械振動控制措施的過程中，應主要從受迫振動和自激振動兩個方面進行考慮，具體如下。

2.1 自激振動控制措施

在機械振動中對自激振動的控制措施主要可以從三個方面進行：第一，由于振型剛度比和其它組合對系統振動具有較大的影響，因此為了避免自激振動的發生，工作人員必須要合理的調整振型剛度比，并完善設備之間的組合，從而減少自激振動發生的概率;第二，由于在機械加工過程中，與振動相關的系統主要是機床系統，因此為了減少自激振動的發生概率，對機床系統抗震性能進行一定的優化，也能夠有效地減少自激振動的發生;第三，在我國科技技術的不斷發展，一些先進的減震設備儀器開始出現在人們的眼前，為了減少機械加工中自激振動的發生概率，合理的應用一些減震設備也是一個較為有效地措施。

2.2 受迫振動控制措施

在機械加工中受迫振動的發生同樣對機床設備以及加工工件質量影響重大，通常來說對受迫振動的控制主要可以從三個方面進行，具體如下：第一，由于提高系統剛度和增大阻尼可以有效地防止受迫振動的發生，因此實現提高工藝系統剛度和阻尼是一個極為重要的措施。具體來說，在提升剛度方面，主要可采用強化連接處部件接觸剛度的方法以及減少滾動軸承間隙等等，而對于阻尼的提升則主要是通過使用阻尼較大的材料得以實現;第二，由于振動的發生都是存在振源的，因此為了對受迫振動進行控制，從振源上著手也是一個極為有效地措施。具體來說，對于一些旋轉速度較高的零件，為了減少其振動應進行多次的平衡調整，另外，在針對周期性振動方面，應通過優化齒輪性能來提升系統的穩定性，進而減少周期性運動的影響。此外，工作人員還可以通過提高滾動軸承的制造精度來減少設備運動時產生的往復振動;第三，采用一些有效地隔震措施，通常來說可采用柔性連接機床的床身和電機對電機振動進行控制，另外，也可以使用木材將機床和地基隔離，從而有效地減少周圍振源對機床的影響。

3? 機械加工過程中機械振動的成因與解決對策

3.1 自激振動的解決措施

通過以上內容分析，可得知自激振動是因切削過程中機械內部系統導致的。對此有以下三種方法。

（1）選擇合理刀具。在機械加工過程中，刀具的選擇對自激振動的產生有密切聯系。因此在機械加工過程中，需要合理擴大前角和主偏角，從而達到降低振動的目的。

（2）布置機械位置。從上文對自激振動原理的分析，可知零部件、刀具和機床的位置如進行合理設置，能夠有效降低自激振動發生的頻率。因此在機械加工過程中，需根據機械的運轉原理，對相關機械進行合理安排。

（3）降低重疊系數。系統重疊系數和再生效果有著密切聯系。重疊系數是根據使用刀具紋理樣式和加工形式以及切削作業過程中的用量，這三種數據來判定的。因此，可適度調節加工形式、刀具紋理樣式以及切削作業過程中的用量三種數據來降低重疊系數。

3.2 強迫振動的解決措施

通過上文對機械加工過程中機械振動的類型和成因的分析，同樣可知強迫振動的引發是因為存在周期性的外力，因此找到周期性外力源頭是關鍵所在。

（1）調試振源頻率。機械對零件進行加工的過程中，對加工系統原有頻率進行合理的調試，能有效降低共振現象出現的頻率。通常對機械設備內部結構進行設置時，將各個系統中的零件原有的頻率調試超過共振區的頻率。

（2）對外來振動源進行隔離。在機械加工過程中，可根據實際條件對振動源進行隔離，例如在機械和地面之間放置軟性墊板，從而減弱強迫振動。

（3）降低激振力。因機械在對零件進行加工過程中，不均勻的轉動速度而引起不同程度的激振力。一方面，降低機械因轉動速度不均衡而引起的沖擊力和離心慣性力，可以減弱強迫振動。例如技術人員可以通過對砂輪、電機轉子和高速運轉元件等機械設備進行調試，并且安裝相應的平衡裝置。另一方面，對轉動裝置的穩定性進行加強，從而減弱強迫振動。通常將機械中傳動皮帶尺寸規格設計一致，盡可能減少在機械自身方面的問題。

4? 結語

機械設備的應用性能與機械零部件的質量有著密切的關系，各個行業的迅速發展使得人們對行業的發展要求越來越高，國家在發展的過程中也加大了對工業行業的重視，加強對機械設備的建設是非常重要的。機械零部件加工質量影響著機械設備的整體質量，而在實際加工過程中，很容易出現振動現象影響機械零部件的加工質量。

參考文獻

[1] 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].常州工學院學報，2018年01期;

[2] 趙海霞，羅衛平，關鍵部件對數控機床動態特性的影響[J].電子機械工程，2018年06期.