機械加工過程中機械振動的成因及解決措施

聶洪軒

摘 ?要：在機械加工過程中，機械振動會影響到機械產品加工的質量，加快設備的損壞。但機械振動現象是無法完全避免的。所以，技術人員只能采取有效的措施，盡量控制機械振動，從而降低機械振動對機械加工的影響。該文就此展開了討論，先是結合實際深入分析了機械振動的成因，然后重點闡述了解決自激振動、強迫振動的措施。

關鍵詞：機械加工過程;機械振動;成因;解決

中圖分類號：TH161 ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

機械振動是一種非常常見的機械加工現象，主要就是指加工工件、設備等振動。機械振動對機械加工非常不利，輕則導致刀具松動，加工產品尺寸發生變化，重則出現各種劃痕，導致產品成為廢品。最重要的是機械振動還會加速刀具磨損，導致刀刃損壞。顯然，為了保證機械產品加工質量，延長刀具的使用壽命，必須采取有效的措施，防治機械振動現象的發生。

1 機械振動的成因

1.1 自由振動

造成機械自由振動的原因包括：第一，在機械加工過程中，切削力會影響到刀具的波動，進而產生自由振動現象。第二，在機械加工中，相關設施受到了外力沖擊，進而給刀具帶來了振動。

1.2 強迫振動

強迫振動的產生原因主要是受到內部因素和外部因素的影響。其中內部因素包括：離心慣性力影響、傳動機結構存在缺陷、機械加工具有間歇性特點等。外部因素主要就是指工藝系統不夠成熟，存在一定的缺陷。

首先，在離心慣性力影響方面，主要就是指電動機的轉子、聯軸節、砂輪等工件在高速運轉過程中，可能會造成機械系統失去平衡。一旦失去平衡，整個體系就會產生離心慣性力，進而引發強迫振動問題。在這一過程中，元件轉速與體系振動頻率是相等。其次，在傳動機結構缺陷方面。若旋轉零件裝配不合適、尺寸不合適就會造成干擾力，進而引發強迫振動。最后，在工藝系統因素方面。主要包括：第一，地基振動。主要是指機械設備振動引發的地基振動，象大型空氣壓縮機、鍛錘和沖床等設備。第二，運動工件慣性力引發的強迫振動。象液壓件在往復運動中會產生沖擊力，一旦換向，就會引發強迫振動現象。

1.3 自激振動

自激振動的產生原因包括以下2種：第一，工件之間的摩擦引發的自激振動。象刀具、零部件之間的不斷摩擦，會使刀具發生顫動，進而引發自激振動。第二，工件硬度不均勻會導致崩刀問題，進而引發自激振動。第三，刀具剛性差，導致刀桿出現顫動，也會造成自激振動現象。第四，在加工細長軸工件時，加工工件的剛性太差，在局部受到加工力時，其他部分無法固定，就會造成加工工件的波動，導致自激振動。自激振動的特點是振動頻率不會受到外力的影響。

2 解決機械振動的措施

據有關數據研究表明：機械加工過程中，強迫振動的發生率約為30%，自激振動的發生率約為65%，自由振動的發生率只有5%。而且自由振動會逐漸衰減。但其他2種機械振動現象并不具備自然衰減的特征。所以，在制定機械振動的解決措施時，可重點從自激振動、強迫振動2個方面入手。

2.1 強迫振動的解決措施

從上述成因分析結果來看，造成機械強迫振動的關鍵原因就是外力影響。所以，若要解決強迫振動，就可從外力控制方面入手。但強迫振動的預防還需結合振源、振動規律。首先，強迫振動的振動源來自于外部。所以，可采用環境實驗、現場拾振等方法尋找振動源。其中現場拾振法是指利用速度傳感器、力傳感器搜集已經出現的振動信號頻率，并進行頻譜分析，明確振動頻次。環境實驗法則是指在停機狀態下，進行振動信號的搜集、分析，進而挖掘出振動頻率成分。在確定振源、振動規律之后，就可采取以下措施預防強迫振動。

第一，采用分離外部振源的方法。具體來說，在機械產品加工過程中，將油泵、加工設施、電動機等動力設備隔離開，從將振源隔離開。或者還可以采用厚橡皮、彈性木板、硬膠皮墊等材料，隔離開振動設備。象將彈性木板、硬膠皮墊在磨床砂電動機底座、墊板之間，以消除電動機的振動影響。另外，還可在機床觸地位置設置防振溝，使機床與地基分離，從而消除自激振動。第二，采用協調振源頻率的措施。也就是盡量避免機械振動頻率與機械加工體系的振動頻率相同，產生共振問題。具體可采取以下措施：在機械加工設備設計之初，就應優化設備結構，預防共振現象的發生;如果在機械產品加工體系頻率已經確定，則可改變機械設施自振頻率。另外，在設置電動機、主軸轉速等參數時，應考慮共振現象。第三，還可采用增加系統阻尼的方法，提高系統的剛度、穩定性。象采用加裝阻尼設備、噴涂阻尼材料、填充阻尼材料等措施。需要注意的是對于不同的機械加工工件，要采取不同的處理措施。如果是機床主軸，則可加裝電流變液阻尼器;如果是支撐件的零部件臂，則可向其中添加合適的阻尼材料;如果是承受彎曲振動的零部件，則可向其表明噴涂黏性材料。這樣就能有效提高系統結構剛度，從而有效消除強迫振動的影響，保證機械產品加工質量。

2.2 自激振動處理措施

在自激振動處理時，可從機械設備本身入手，采用有效的處理措施。首先，科學確定刀具的幾何系數。具體來說，是依據刀具使用需求進行挑選。需要注意的是要重點確定刀具的前角、主偏角系數。這2個幾何系數對自激振動的影響最大。所謂前角是指前刀面與基面間的夾角。主偏角是指主切削刃在基面的投影、進給方向的夾角。一般情況下，若主偏角加大，則前角也會變大，振幅就會減少。所以，要盡可能地加大主偏角。但是要注意控制前角大小。因為前角過大，有可能會削弱刀刃的強度，造成刀刃的損壞。另外，還應當合理選擇后角系數。在確定刀具后角系數的基礎上，要盡可能地選擇較小的后角系數。這樣才能有效消除機械振動大對機械產品加工的影響。

其次，要科學地選擇切削用量。切削用量包括切削深度、進給量和進給速度。3個指標是相互影響的，若其中一個指標增加，則其他指標就會減少。所以，為了保證機械加工質量，應合理選擇切削用量參數。考慮到自激振動的特點，可降低切削深度，增加進給量，并選擇高速或低速切削。這樣才能有效消除自激振動。

最后，采用減振措施。如果機械體系具有良好的耐振屬性，也能消除自激振動的影響。所以，可適當提高機械體系的剛度，從而使其能夠應對自激振動的振動強度。具體可采取以下措施：第一，提前處理接觸面。可采用噴涂、烤漆、鍍鋅、噴油、染黑等處理措施。第二，合理調節轉動體系的軸承縫隙。具體可參照相關標準。第三，可適當地增加運作軸承的預緊力。第四，要盡可能地提高頂尖孔的打磨質量。第五，可采用減振設備。象使用阻尼器，消除自激振動。但是需要注意的是阻尼器主要就是利用固體、液體的阻尼消除自激振動，其使用效果與其自身的運動速度、距離有關。所以，應在振動比較強的地方加裝阻尼器。另外，還可運用吸振器。簡單地說就是吸收振動能力的機器。目前，市面上常見的有沖擊式、動力式2種類型的吸振器。其中動力吸振器是指利用附件質量塊的動力能量抵消振動能量。該附件質量塊是直接與系統相連的。沖擊式吸振器主要是利用質量塊的自由沖擊能力抵消振動能量。與動力吸振器不同的是沖擊式吸振器的質量塊是在一個與振動系統剛性連接的殼體內做自由沖擊運動的。

綜上所述，機械加工的過程比較煩瑣，容易受到內外不良因素的影響產生各種振動現象，進而影響到機械加工。所以，若要消除這種振動影響，技術人員應該深入了解機械振動的產生原因，然后根據成因采取有效的處理措施。只有這樣才能有效消除機械振動對機械加工的影響，保證機械加工的順利開展。

參考文獻

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