機(jī)械加工中振動(dòng)問(wèn)題的解決措施

何曉飛

摘 要：機(jī)械加工中的振動(dòng)問(wèn)題一直是困擾機(jī)械加工精準(zhǔn)度的主要因素之一，不僅如此，機(jī)械加工中的振動(dòng)對(duì)設(shè)備和加工人員也會(huì)帶來(lái)一定的危害。文章根據(jù)不同的振動(dòng)類型，分別提出控制受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)的措施。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；受迫振動(dòng)；自激振動(dòng)

引言

在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的推動(dòng)下，我國(guó)機(jī)械加工領(lǐng)域普及數(shù)字化控制技術(shù)的程度越來(lái)越廣。數(shù)字化技術(shù)控制的機(jī)械加工不僅可以實(shí)現(xiàn)智能化控制加工，機(jī)械加工的速度、效率和精密程度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)機(jī)械加工[1]。雖然數(shù)字化控制的機(jī)械加工具有諸多優(yōu)點(diǎn)，然而刀具和工件之間長(zhǎng)期處于周期性運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，數(shù)字化控制的機(jī)械加工系統(tǒng)難免發(fā)生振動(dòng)，而系統(tǒng)發(fā)生振動(dòng)會(huì)給機(jī)械加工帶來(lái)一系列的問(wèn)題，對(duì)零部件精準(zhǔn)度的影響更甚。但是工業(yè)的快速發(fā)展對(duì)機(jī)械加工零部件精準(zhǔn)度的要求不降反增，因而有必要解決機(jī)械加工中的振動(dòng)問(wèn)題，提高加工質(zhì)量和加工效率。

1 機(jī)械加工中振動(dòng)的危害

對(duì)機(jī)械加工而言，振動(dòng)是一種非常有害的物理現(xiàn)象，而且隨著工業(yè)和機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械加工產(chǎn)生的振動(dòng)帶來(lái)的危害進(jìn)一步顯現(xiàn)。機(jī)械加工產(chǎn)生中的振動(dòng)的危害主要體現(xiàn)在對(duì)機(jī)械加工人員、零部件以及機(jī)械設(shè)備三個(gè)方面。首先，機(jī)械加工產(chǎn)生的振動(dòng)往往伴隨著超高分貝的噪音，長(zhǎng)期處于高分貝噪音環(huán)境下工作，加工人員的聽覺(jué)器官容易受損，造成聽力下降。其次，機(jī)械加工產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)影響刀具和工件發(fā)生位移而脫離正常位置，并在零部件的表面留下振痕，輕則影響零部件的外觀，重則影響零部件的品質(zhì)而不能使用。最后，對(duì)加工設(shè)備而言，在加工設(shè)備發(fā)生振動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生附加動(dòng)載荷，附加動(dòng)載荷會(huì)作用在刀具上，加速刀具磨損速度，甚至引起刀具出現(xiàn)崩刃。不僅如此，振動(dòng)會(huì)引起加工設(shè)備的連接部分發(fā)生松動(dòng)，如機(jī)床和夾具，并且松動(dòng)的間隙會(huì)隨著振動(dòng)時(shí)間不斷增加。而設(shè)備松動(dòng)不僅影響加工零部件的精準(zhǔn)度，更會(huì)影響設(shè)備的使用壽命。如果間隙過(guò)大，設(shè)備可能因此停止工作，給加工企業(yè)正常的生產(chǎn)運(yùn)行帶來(lái)一定麻煩。

2 解決機(jī)械加工中振動(dòng)問(wèn)題的措施

根據(jù)機(jī)械加工中振動(dòng)產(chǎn)生的原因可以將振動(dòng)分為受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)兩種，振動(dòng)有不同的類型，產(chǎn)生振動(dòng)的條件也大不相同，消除不同振動(dòng)的措施也不同。

2.1 解決受迫振動(dòng)的措施

消除受迫振動(dòng)產(chǎn)生的條件有減小激振力、調(diào)整振源的頻率、采取隔振措施和增加系統(tǒng)阻尼四種方式。第一，激振力由回轉(zhuǎn)不平衡質(zhì)量引起，減少激振力的本質(zhì)是減少回轉(zhuǎn)元件在離心力影響下產(chǎn)生的慣性和沖擊力[2]，滿足機(jī)床上高速回轉(zhuǎn)零件對(duì)動(dòng)平衡的要求，保證傳動(dòng)元件和傳動(dòng)裝的運(yùn)行精準(zhǔn)度不受振動(dòng)的影響，保證傳動(dòng)始終處于平衡狀態(tài)，分離機(jī)械設(shè)備的動(dòng)力裝置和機(jī)床。減少激振力可以采用在轉(zhuǎn)速超過(guò)60rad/min的回轉(zhuǎn)元件安裝自動(dòng)平衡裝置、提高傳動(dòng)裝置和傳動(dòng)的穩(wěn)定性來(lái)實(shí)現(xiàn)。第二，而調(diào)整振源的頻率是通過(guò)改變傳動(dòng)比的方式防止振源和加工設(shè)備產(chǎn)生共振。常用的方法有調(diào)節(jié)激振力頻率、拉大工藝系統(tǒng)部件固有頻率和共振區(qū)頻率的差異、調(diào)節(jié)加工系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)等方式。第三，隔震措施可通過(guò)安裝隔震或者在振源處安裝吸振設(shè)施來(lái)實(shí)現(xiàn)，通常有主動(dòng)式隔離和被動(dòng)式隔離，主動(dòng)式隔離是防止機(jī)內(nèi)振源對(duì)機(jī)床干擾，而被動(dòng)式隔離是采取挖防振溝、墊彈性橡膠等方式防止振動(dòng)由地基傳至機(jī)床。第四，增加系統(tǒng)阻尼的本質(zhì)是提高機(jī)械設(shè)備運(yùn)動(dòng)的剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性的有效性。可以通過(guò)適當(dāng)預(yù)緊滾動(dòng)軸承、在零部件臂中加入高阻尼的材料、在加工系統(tǒng)的有關(guān)部件表層噴涂高內(nèi)阻的黏性材料、加裝電流變液阻尼器等方式，而提高系統(tǒng)的剛度可以通過(guò)提高設(shè)備結(jié)構(gòu)的剛度來(lái)實(shí)現(xiàn)[2]。

2.2 解決自激振動(dòng)的措施

自激振動(dòng)也叫顫振，和受迫振動(dòng)相比，自激振動(dòng)的頻率更高，振動(dòng)也更加強(qiáng)烈，而且自激振動(dòng)的產(chǎn)生多有零部件的切削過(guò)程產(chǎn)生，因此，消除自激振動(dòng)要從重疊系數(shù)、刀具的幾何參數(shù)、切削用量以及設(shè)備和刀具的位置四個(gè)方面入手。首先，自激振動(dòng)和重疊系數(shù)有關(guān)，而重疊系數(shù)的大小受加工方式、刀具幾何形狀以及切削用量的影響，因此，減小重疊系數(shù)也只需要通過(guò)改變切削用量以及刀具的幾何方式就可以實(shí)現(xiàn)，從而有效提高刀具切削的穩(wěn)定性能。其次，合理選擇刀具的幾何參數(shù)。刀具的幾何參數(shù)中，主偏角對(duì)自激振動(dòng)的影響最大，加工零部件過(guò)程中可以適當(dāng)增加主偏角或前角，減小后角，以降低振幅。但是過(guò)度減小后角，反而會(huì)增加自激振動(dòng)。第三，合理選擇切削用量。選取較大的進(jìn)給量和較小的切削深度可以減少自激振動(dòng)，如果零部件沒(méi)有特殊加工要求，可使用高速或低速的切削方式，以防出現(xiàn)自激振動(dòng)。此外，如果加工表面可以允許有一定的粗糙程度，可以采用選取較大進(jìn)給量的方式預(yù)防自激振動(dòng)[3]。最后，合理安排機(jī)床和刀具。可以通過(guò)合理選擇剛度比和方位角度，以提高加工系統(tǒng)的抗振性能，降低自激振動(dòng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

雖然振動(dòng)在機(jī)械加工過(guò)程中難以避免，但是只要認(rèn)真分析振動(dòng)產(chǎn)生的原因和特性，并制定有針對(duì)性的控制措施，就可以有效減少振動(dòng)帶來(lái)的影響，提高生產(chǎn)效率和改善工作環(huán)境。但是，近年來(lái)，科研人員不滿足如何控制振動(dòng)，而是科學(xué)合理地利用振動(dòng)，以改善加工工藝，提高切削質(zhì)量和生產(chǎn)效率，如何合理利用振動(dòng)也成為科研人員未來(lái)研究的重點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]曹婷婷.機(jī)械加工中的振動(dòng)問(wèn)題及其控制措施分析[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2014（9）.

[2]于濤.機(jī)械加工過(guò)程中的振動(dòng)特點(diǎn)及預(yù)防措施[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（9）.

[3]宮篤篪.淺議機(jī)械加工中的振動(dòng)消除與利用[J].裝備制造技術(shù)，2010（10）.