淺議機床振動的原因及控制技術

儲開滾

(江蘇省高淳中等專業學校，江蘇 高淳 211300)

機床工作過程中的振動是一種極為有害的現象，它會大大降低工件加工表面質量;加速、刀具和機床零件的磨損，嚴重時造成切削工作不能正常進行。因此應盡量減小切削過程中產生的振動。機床振動會使得切削加工過程中，工件和切削刀具間產生一定量的相對位移，致使刀具與工件之間的正常運動軌跡發生變化。機床的輕微振動會致使工件表面質量下降，產生表面振紋，工件粗糙度增加，機床的工作效率大為降低。而強烈振動甚至會導致機床產生崩刃，使切削加工無法進行。總之由于振動，會產生如:機床加工效率降低;機床和刀具的使用壽命縮短;使機床各摩擦副加劇磨損，并將使刀具耐用度下降，特別是對于硬質合金、陶瓷等脆性刀具材料尤為顯著;振動產生的噪音影響操作者身心健康，污染工作環境。因此在機械加工中，機床振動的防治成為了一個重要的課題。

1 振源

探明振源，并加以排除或限制，是控制機床振動的有效途徑。振源分機內振源和機外振源兩種。前者來自機床內部的;后者來自機床外部的。機床振動可細分為自由振動、強迫振動和自激振動。其中自由振動是由切削載荷的突然加載或撤銷以及其它外力沖擊引起的，可快速衰減，對機床加工過程影響非常小，只占到機床振動的3%－5%，可忽略不計。

1.1 強迫振動

系統在外界激振力作用下產生的振動叫強迫振動。它會影響機床部件間的相對振動幅度，影響機床的加工精度，如工件的粗糙度和圓度。強迫振動還會影響刀具回轉類機床的回轉精度。

振源分析:①電機轉子不平衡。②地腳螺栓松動和機床墊鐵虛實不一。③齒輪咬合不良和齒廓有毛刺。④皮帶輪振擺過大。⑤機床上各電動機的振動，包括電動機轉子旋轉不平衡及電磁力不平衡引起的振動。⑥各電動機的振動。⑦旋轉零件、部件的不平衡。⑧運動傳遞過程中引起的振動，如變速操縱機機構中的齒輪嚙合時的沖擊力引起的振動。⑨往復運動部件換向時的機械沖擊，液壓傳動系統的液壓沖擊。⑩由于工件材質不均勻、毛坯件局部存在氣孔、砂眼、疏松等鑄造缺陷，余量不均勻，切削時鑄件軟硬不均勻，刀具磨損等原因造成切削力變化而引起的振動等。

1.2 自激振動

沒有外界激振力而是由系統內部激發與反饋的相互作用而產生穩定的周期性振動稱為自激振動。引起自激振動的振源主要有以下幾種:切削量過大、主切削力的方向、刀具的幾何角度的選擇不當等。在機床上發生的自激振動情況是比較常見的。例如:主軸回轉類機床主軸的扭轉、機床床身以及立柱等支撐件的彎曲產生的自激振動;還有工作臺等移動部件在低速運行時所發生的摩擦引起自激振動等。

2 振動控制

2.1 機外振源的控制

應減少外振源對機床振動的影響。采取的措施如:(1)合理選擇機床的安裝場地，將振源與機床隔離。如:空壓機、鍛壓設備等。(2)對于精密機床的基礎應采用防震的結構型式，設置隔振裝置。將振源所產生的振動經隔振裝置部分吸收，減少振源對切削加工的干擾。挖防振溝，將機床安置在防振地基上，設置彈簧或橡皮墊等緩沖裝置減少振動。利用具有一定彈性的物質安置在機床基礎的適當部位來緩和、吸收外振源的振動。如采用:隔振、減振，降噪效果良好的機床防振墊鐵和開挖必要的防振溝。

2.2 機內振源的控制

當振動發生以后，減小激發振動時的激振力，即減小受迫振動時的外激振力，或自激振動式的內激振力，往往是必須采取的消振措施。

2.2.1 強迫振動的控制

提高軸承裝配精度以及機床傳動裝置的制造精度，提高工藝系統的剛度及阻尼，采用減振器和阻尼器均能有效避免共振現象發生。如:①精確平衡回轉零部件，平衡項目包括靜平衡和動平衡，平衡對象包括:電機轉子、皮帶輪、卡盤和刀盤等。對于轉速在600轉/min以上的零件必須予以平衡。②提高變速機構中變速齒輪的制造精度和嚙合精度。③提高機床系統剛度，亦可減少振動。④提高皮帶傳動、齒輪傳動等傳動裝置的穩定性。⑥改善聯軸節相連的各軸的軸心線間的不同心度，從高速軸和主軸上去除帶動油泵的凸輪。⑦如果不是標準的軸類零件，夾具配重很關鍵，如果不能保證主軸(夾具)的動平衡，再好的機床也會有振動。⑧機床在快速移動時震動或沖擊，原因是伺服電機內的檢測接觸不良。⑨機床以低速運行時，機床工作臺是蠕動著向前運動;機床要以高速運行時，就出現振動。⑩由于機床地腳螺栓松動，安裝不正確產生。對策:應該使機床安裝應精確，牢固可靠。

2.2.2 自激振動的控制

合理選擇與切削有關的系數、刀具的幾何參數;合理安排刀尖高低、潤滑均有助于控制自激振動。提高工藝系統的抗振性需要注意有以下幾點:①查看活頂尖是不是伸出過長，軸承是不是良好，注意中心孔的潤滑。②尾架頂夾緊情況，夾緊條件下是否與機床主軸同軸。③檢查中小拖板安裝情況。④檢查三爪卡盤螺旋槽是否損壞。⑤減輕造成振動的部份的工作重量，慣性越小越好。⑥針對振動最大的地方予以固定或夾持，如中心架、工作保持器等。⑦提高加工系統的剛性，例如使用彈性系數較高的刀柄或使用加入動態減振器的特殊抗震力，以吸收沖擊能量。⑧主偏角和副偏角角度盡可能大些。尤其是前角，對振動的影響最大，前角愈大，切削愈平穩，振動則越小。生產中通常采用正前角。

3 結語

隨著對零件生產制造精度、效率和質量的不斷提高，使得新式機床制造要求的不斷提高，而解決機床振動的存在的問題成為研發和生產機床的亟需解決的問題，研究機床振動就是為了弄清機床產生的原因，為生產性能更佳的機床服務。