机械加工过程中的振动起因及改进方法分析

　　[摘 要]机械加工过程中我们会遇到很多影响产品质量的问题，而机械加工振动就是其中一个很严重的问题。本文介绍振动的两种基本类型以及振动产生的起因及改进方法，供大家借鉴。 

　　[关键词]机械加工；加工振动；强迫振动；自激振动 

　　引言 

　　当代的机械加工设备，越来越超着集约化，自动化，智能化的方向发展，表面看来好像人的因素对机械加工的影响越来越小，但是当我们遇到实际问题时，却发现影响我们最终产品尺寸与精度的问题还是很多，机械加工中产生的振动就是其中很大一项，本文就分析了产生这些振动的起因与改进的方法。 

　　1 机械加工振动的分类及特点 

　　1.1 强迫振动 

　　强迫振动是机械加工过程中较为常见的振动主要类型之一，产生这一振动的主要原因是由于在机械加工过程中受到外界干扰的影响，进而导致在机械加工中出现振动现象。同时外界所产生的干扰通常是持续的，因此通常这种振动是持续的振动。也就是说，这种振动通常会伴随整个机械加工过程。强迫振动的特点是：（1）强迫振动的源头不受本工序加工过程的控制，与正常的零件加工无关，加工人员无法去主动影响这种振动，当外部的干扰源停止后，振动也会消失。（2）强迫振动的频率与外界干扰力的频率相关，干扰强度越大，则振动越大，特别是干扰力的频率与机械加工系统的固有频率的接近时，产生共振，振幅达到最大值。（3）强迫振动的振幅与干扰力、系统的刚度等密切相关。干扰力越大、刚度越小，则振幅越大，对加工过程影响也就越大。 

　　1.2 自激振动 

　　由加工系统自身在加工过程中产生的交变力所引起的周期振动。这种振动是机械加工过程中自发产生的。如在车削过程中刀具对某些工件的摩擦会引起自激振动。工件、加工系统刚性差，或刀具型号、角度选择不当，都会使摩擦力加大，从而使自激振动加剧。这种由于刀具刚性差、刀具几何角度不正确引起的振动，都属于自激振动。自激振动表现的特点主要有：（1）自激振动的频率与加工参数具有一定的关联，通常会表现为正比或反比的关系；（2）自激振动的产生及其振幅受到多种因素影响，通常会取决于加工系统内部的多种因素的对比情况；（3）自激振动的干扰力与外部因素关联性较低，是由加工过程本身激发的，所以自激振动伴随加工过程始终。 

　　2 机械加工过程中产生振动的原因 

　　2.1强迫振动产生的原因 

　　机械加工中强迫振动产生的主要原因有如下两个方面。（1）加工系统内部因素： ①第一种是由惯性引发的。在加工系统中，电动机输出端、主轴、齿轮、皮带轮及被加工件的相对运动会发生力的不平衡状态，这种状态会产生不平衡力，从而引发强迫振动，该振动与这些零件的相对运动总体相关。②第二种是由加工设备传动机构存在误差引起的。传动机构中的零件都存在着一些制造误差或装配误差，这些误差会引发周期性的干扰，致使振动产生，如，齿轮生产误差及其装配误差等都会引起强迫振动。（2）加工系统外部因素：周边设备对其的影响，这些设备往往是在运转过程中进行往复运动或不平衡运动，产生大量惯性力的设备，如，大型天车、大型冲床、大型锻锤等设备等。 

　　2.2自激振动产生的原因 

　　自激振动是从以下几个方面产生的：（1）在切削零件时，切削过程中刀尖、铁屑、加工表面间形状的变化产生了不同的切削状态，由这种不平衡状态引发了振动。（2）由于机械加工工件内部硬度不均匀造成使刀具与工件间吃刀力变化造成自激振动，甚至切削刃崩刃后，增加这种不平衡状态而加剧这种自激振动。（3）机械加工装备中的刀具刀杆较长、强度不足，导致刀杆振动而引发切削振荡。（4）机械加工设备加工薄壁件等难加工工件时，由于薄壁处刚性相对较差，加工时使工件发生震颤，导致本体振荡的发生。（5）由于加工屑排屑不稳定，刀具角度选择不当，会引起自激振动。（6）是在机械加工时，由于加工参数选取不当而产生自激振动。（7）机械加工时存在断续切削。当加工加工表面存在一定间断交替时，很容易产生周期性的激振力，从而引发自激振动，如，车削、铣削表面有孔或槽的表面时。 

　　3 解决机械振动的有效措施 

　　3.1强迫振动的控制措施 

　　先找出振源，经过分析与讨论，找到并控制这些振源就能减小机械加工中的强迫振动。（1）避免外部干扰的频率与系统的固有频率接近，以防止共振。在机械加工过程中可摸索合适的加工参数，来避开共振区域或通过一定的设计更改改变系统的固有频率以减小振动。（2）采取隔振加以控制。在机械加工过程中可把机床与振动源尽量分开；也可使机床与电机采用柔性联接，从而减小电机自身的振动；应尽量将较大振动的设备与精加工设备分离布置，可以用木材、厚橡皮将振动源与机床隔离；还可以用防振沟阻隔地面和设备的基础的联系防止周围振源通过基础和地面传给机床。（3）减小或者消除振源的不平衡状态。对加工转速较高的零件可以通过工装进行平衡，特别是高速旋转的机械零件，因其工作时表面磨损不均匀和本身刀具磨损等原因，很易造成主轴的振动。因此推荐对刀具应尽量采用成型刀片或增加修磨刀具的频率。在机床设备中齿轮的本身精度、装配精度都应进行改进提高，以提高齿轮的工作平稳性。最终，可以减少由于不平衡状态而引起的振动及噪音。 

　　3.2自激振动的控制措施 

　　（1）合理根据粗精加工选择切削速度。从实验得知，切削速度提高，切削温度也会相应增高，而温度的增加会影响切削表面及刀具表面的摩擦情况，所以切削速度对振动的影响不容小视。针对不同类型的机械加工条件，按照不同加工工件的硬度，应合理改变切削速度。（2）选择合适的切削参数。进给量和切削深度对工件振动的影响也很大，特别是薄壁件更应选取合适的切削参数，使加工过程中产生的工件振动降至最低，或采取压块等措施来改变工件的固有频率，可以减小振动。（3）合理选用刀具的参数。应根据工件的厚薄、工件是否有间断、工件加工面长度合理选择刀具角度、刚度等参数，确定合理的刀具参数能够有效减少自激振动的发生。（4）提高机械系统的抗振性。工艺系统所具有的抗振性能本身就会对机器振动性能产生很大的影响，所以为了减少振动的影响，就需要提高机械加工工艺系统的抗振性。如可通过改变刀杆的尺寸和材料及热处理性能提高刀杆刚性，尽量选取较短刀杆，改进压紧刀杆形式均可达到减小自激振动的目的。 

　　结语 

　　机械加工过程中振动的产生是多方面的，我们在具体的生产实践中，要综合利用多种工具，去找出这些振动产生的起因，通过查阅资料和集体讨论，釜底抽薪，去减弱甚至消除这些震动的影响，使我们加工出符合设计计算要求的零件。 

　　参考文献 

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　　[2]吴敏镜. 超精密加工的技术基础和创新[J]. 新技术新工艺，2006，05：7-10. 

　　[3]赵新乐. 试论机械加工过程中的振动特点及预防方法[J]. 山东工业技术，2014，19：3.