試論機械加工過程中的振動特點及預防方法

趙新樂（新鄉職業技術學院,河南 新鄉 453000）

1 引言

機械加工振動現象的發生會影響工件表面質量，降低機械產品的精度和剛度。為預防這種情況發生，必須根據實際工作需要采取相應的改進和預防對策，實現對振動的有效預防，從而提高機械加工精度和工件質量，更好滿足機械行業對工件設備的需要，促進機械產品加工競爭力的提高。

2 機械加工過程中的振動特點

機械加工振動主要有強迫振動與自激振動兩種類型，它們有著自己顯著的特點。

（1）強迫振動特點。強迫振動本身不改變干擾力，與機械加工全過程沒有多大關系，采取措施消除干擾力之后，振動能夠全部停止。其振動頻率與外界干擾力頻率相近，并且容易與系統固有頻率發生共振現象，對機械加工整個過程帶來不利影響。另外，強迫振動產生的振幅與干擾力成正比，與剛度、阻尼成反比。

（2）自激振動特點。自激振動的產生不存在周期性外力干擾，產生的振動頻率與機械加工系統某一固有頻率相近。振動過程中會導致不衰減的周期性變化，并且振動系統借助這種變化力獲得補充能量，確保振動繼續進行。振動停止，外力變化與能量補充也停止。另外，自激振動產生及振幅大小，它是由振動周期內獲得的能量與消耗的能量比值所確定的。

3 機械加工過程中的振動成因

導致機械振動產生的原因是多方面的，有些振動類型還是多種因素所致，具體來說，其主要產生原因包括以下方面。

（1）強迫振動成因。導致強迫振動產生的原因是多方面的，主要包括工藝系統的外部和內部成因所致。前者成因又包括離心慣性力引起的振動、機械加工系統傳動機構存在缺陷、機械加工存在間歇情況，導致周期性激振力，引起強迫振動現象。后者成因又包括地基振動因素的影響，主要是指地基周圍存在強烈振動，液壓系統的液壓件出現沖擊現象，導致強迫振動情況發生。

（2）自激振動成因。在整個機械加工切削過程中，切削與刀具、刀具與工件之間存在摩擦現象，這種摩擦力發生變化之后，容易引起自激振動現象發生。例如，在加工過程中工件內部存在不均勻現象，導致刀具崩刀后與加工設備發生自激振蕩現象。刀具安裝工作不到位，剛性較差，不能很好適應機械加工需要，容易出現刀桿顫動現象，引發振動現象。加工細長軸剛性較差，容易導致工件表面出現波紋或錐度情況，積屑瘤不穩定，加工過程中刀具前角、切削層橫截面積出現變動，或者是切削量選取不當。這些情況的存在，都會引起自激振動現象發生。

4 機械加工過程中的振動預防方法

為實現對機械振動的有效預防，確保機械加工順利進行，提高加工產品質量。根據存在的問題，結合振動的成因，筆者認為今后應該從以下方面采取有效的預防方法，

4.1 強迫振動預防方法

第一，減小激振力。加工中的回轉不平衡質量引發激振力，為此，應該采取以下方法減小回轉元件不平衡導致的沖擊力與離心慣性力。對砂輪、轉子、刀盤等設置自動平衡裝置，或者對其采取靜平衡和動平衡措施。同時要提高傳動和傳動裝置穩定性，確保傳動皮帶質量合格，長短一樣，盡量減少接頭，最好采用斜齒輪，主軸上安裝飛輪。對聯軸器各軸心線的同軸度進行改善，去除高速軸和主軸上的凸輪，確保軸的制造精度，提高軸輪安裝質量。

第二，調節振源頻率。對加工系統固有頻率進行合理調節，對激振力頻率進行適當調節，做好機械設備設計和安裝工作，讓固有頻率遠大于或小于共振區頻率。調整軸承與鑲條的間隙，使其偏離激振頻率。適當調整加工系統運行參數，避免強迫振動產生。

第三，增加系統阻尼。機床主軸上加裝電流變液阻尼器，預緊滾動軸承，支承件零部件臂上填充型砂或混凝土等，承受彎曲振動的支承件表面涂上黏性材料，通過采取這些措施，實現增加系統阻尼系數的目的，預防振動現象發生。

第四，隔離外來振動。電動機、油泵與動力源、機床分開，用隔振材料將加工設備與地面隔開，電動機底座與墊板間安裝有彈性的木板或硬膠皮墊，機床周圍開挖防振溝等，實現對強迫振動的有效預防。

4.2 自激振動預防方法

第一，減小重疊系數。具體的機械加工過程中，要采取相應措施，改變切削用量和刀具幾何形狀，使得重疊系數值能夠盡量減小，這樣有利于切削順利進行，確保切削加工穩定與可靠，取得更好的機械加工效果。

第二，合理選用刀具幾何參數。根據實際需要，適當增大前角與主偏角，后角在滿足要求的前提下，盡量取小值，達到減小機械振動的目的。精加工時，在刀具主后面上磨出后角為負的窄菱面，以增大摩擦阻尼，預防自激振動現象發生。

第三，適當選擇切削用量。選擇較大進給量和較小切削深度，如果對工件要求不高，可以采用高速或低速切削方式，如果加工中已經保證加工表面粗糙度，可適當選取較大進給量，這樣既能滿足加工需要，提高加工效率，還能避免出現自激現象。

第四，科學安排設備位置。為保證機械產品的加工效率，提高產品加工效果，對機床、工件、刀具要做好安裝工作，保證它們的位置合理，為各項工作順利開展奠定基礎。應該合理控制剛度比、方位角、工件的正轉與反轉等指標，確保加工穩定、順利進行，提高機械加工產品質量。

5 結束語

綜上所述，在機械加工過程中，機械振動具有多方面特點，其成因也是多方面的。今后在實際工作中，應該認識其特點和成因，并采取相應的控制和改進對策，實現對振動的有效預防。確保機械加工順利進行，提高機械加工產品質量。

[1]田前奎,黃平.淺析機床加工中的振動及控制措施[J].廣東化工,2013(14):197-198.

[2]曹婷婷.機械加工中的振動問題及其控制措施分析[J].企業技術開發,2014(09):82-83.

[3]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, 2013(01): 6-9.

[4]于濤.機械加工過程中的振動特點及預防措施[J].科技創新與應用,2014(09):59.