機械加工過程中機械振動的成因及解決措施探討

[摘 要] 隨著我國經濟的快速發展，經濟規模越來越大，如今我國已經是世界第二大經濟體。我國的工業為經濟的快速發展提供了不竭的動力。在工業生產中，機械生產加工是必要環節。機械加工質量和效率直接影響到企業產品質量的好壞以及生產效率的高低，對工業企業的生存和發展具有重要的影響。因此，需要加強對機械運作質量和運作效率的控制，防止機械出現故障，保障企業安全穩定地進行生產。機械加工過程中，一般比較常見的問題是機械的振動，機械振動過大對生產產品的表面和內質都會造成重要影響。另外，由于機械的振動，可能會導致機械各部件之間產生偏移，繼而導致機械的損壞，嚴重情況下還可能造成安全隱患。因此，對于機械加工過程中機械振動的相關研究十分有意義，必須尋找出產生振動的原因，尋求最佳解決措施。

[關 鍵 詞] 機械加工；機械振動；成因；解決措施

[中圖分類號] G718 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）17-0030-02

一般來看，機械振動在機械生產過程中似乎比較常見，但是實際上，機械振動也分為多種類別，有的機械振動是正常存在的，對機械生產過程的影響相對較小，而有的機械振動意味著存在故障因素，可能會對生產造成潛在的威脅和直接的影響。機械振動主要可以分為受迫振動、自激振動和自由振動三種類型。其中，自由振動是由于初始干擾力的作用而破壞系統平衡，靠彈性恢復力維持的振動。因為阻尼總是存在于系統中，會使得自由振動迅速衰減，因此，自由振動對機械加工產生的影響并不大。相對來說，自激振動與受迫振動都為不衰減振動，能對機械加工產生重大影響。由此，我們對機械振動進行針對性解決措施探討之前，必定要先分析清楚，該機械振動是屬于哪一種振動類型，每一種振動類型又都是由于什么原因產生的，會造成什么樣的后果等等。

一、機械加工振動產生的原理分析

（一）受迫振動

受迫振動屬于不衰減振動，受外界周期性的干擾力影響。受迫振動出現的原因要進行綜合的分析，包括刀具、機床以及工件三個方面分析。比如在機械的刀具上，進行切削時，由于齒比較多，可能會存在一些誤差，繼而引發振動出現。再比如在工件上，如果表面存在斷斷續續或者軟硬程度不同的情況，那么在生產加工過程中也同樣會出現振動。

（二）自激振動

所謂機械的自激振動，其出現的原因是在加工過程中，機械切削會產生周期性的變化，并且周期性會越來越強，從而使被阻尼作用所消耗的能量從振動系統中得到了補充，這種振動即為自激振動。

（三）自由振動

所謂自由振動，一般是機械系統受外力干擾，消除外力后系統會形成衰減性的振動。因為一些偶然因素會對工藝系統發生作用，破壞系統平衡，自由振動僅靠彈性恢復力維持振動。這類振動會在工藝系統的阻尼作用下很快衰減。

二、機械加工中振動的危害

機械在加工過程中發生振動當然會產生不同程度的危害，產生危害的對象具有多樣化的特征。比如可能對工件的質量、對機床及工裝夾具、對切削刀具、對生產效率、對操作環境等都會產生一定程度的危害。

（一）對工件質量的危害

加工過程中的機械振動，最直接的危害就是使加工表面的質量降低，可能會導致加工表面的粗糙程度加大，或者出現一些紋路瑕疵。由于機械的振動，還有可能進一步使得刀具與工件之間發生位移。在這種情況下，如果是對一些精度要求很高的工件進行加工，那么明顯會加大危害，達不到預期精度。

（二）對機床及工裝夾具的危害

振動使機床及夾具的運動元件之間松動，間隙增大，加快了機床及夾具零件的磨損，造成機床及夾具精度下降，影響切削質量，降低機床及夾具的使用壽命。嚴重時甚至造成重大安全事故。

（三）對切削刀具的危害

由于振動的產生，影響刀具的正常切削條件，使刀具承受交變切削力的作用，切削熱增加，進而加快了刀具的磨損，甚至會引起切削刃的崩裂，大大降低了刀具的使用壽命。

（四）對生產效率的影響

為了避免工藝系統劇烈的振動，不得不降低切削用量，如采用較低的轉速和切深等。同時，由于降低了刀具的使用壽命，頻繁換刀、磨刀，使生產效率下降。

（五）對操作環境的危害

因振動會產生刺耳的噪聲，使操作者的身心健康受到損害，降低了工作效率。

三、機械加工振動的主要防治措施

通過以上研究得知，機械加工工程中產生的振動類型中，自由振動對加工程序的危害基本可以忽略，那么我們主要提出解決其他兩種振動的措施，即自激振動和強迫振動。

（一）有效控制自激振動的方法與途徑

進行自激振動控制的途徑通常有三條：第一條：通過對振型剛度比的合理調整達到目的。根據振型原理可知，各振型剛度比及其組合也能影響到工藝系統的振動。因此，我們可以對這兩者之間的關系進行一定的調整，以此降低振動。第二條：提升機械的工藝系統。機械振動相關的工藝系統主要是機床，因此，要不斷提升機床的抗振性能。可以在機床的裝配環節加強裝配質量，還可以強化一些零部件的頻率，達到機床抗振性的提高。第三條是合理使用一些減振的裝置。隨著我國科學研究的進步，減振裝置也越來越先進，臂長常用的減振裝置有動力吸振器和擊式吸振器，都能夠減小振動，達到客觀的應用效果。

（二）有效控制強迫振動的方法與途徑

進行強迫振動控制的有效途徑通常也有三條：第一條，實現工藝系統剛度和阻尼的提升。提高工藝系統的剛度及增大阻尼是提高系統的抗振能力的有效措施。不斷增強連接處的部件接觸剛度，減小滾動軸承的間隙。另外，通過使用內阻尼比較大的材料所制造的一些零件也可以效果減振。第二條，通過消除或最大限度地減少來自振源的激振力。較高速旋轉的一些零件，應該在修整前與修整后經過至少兩次平衡。還要對齒輪的裝配精度與制造精度嚴格要求，可以通過齒輪工作的平穩性提升，來控制由于周期性沖擊導致的振動，減少噪聲。此外，提升滾動軸承的裝配及制造精度，減低由滾動軸承自身缺陷引起的振動或選用厚薄均勻、長短一致的傳動帶等都可有效減少振動。第三條，合理采用相關的隔振措施來減少震動。通過采用柔性連接機床的床身與電機以控制電機自身的振動，通過液壓緩沖裝置的應用，可以有效控制部件在換向時的沖擊。另外，通過木材等使機床和地基相互隔離，將設備的基礎與地面的聯系通過防振溝進行隔離，從而有效控制周圍的振源以地面及基礎為媒介傳給機床本身。

總而言之，機械振動在加工生產過程中是一種比較常見的現象，有的振動不會造成太大影響，而有的振動，本身是由于機械故障所產生的，需要進行進一步的檢查和分析，明確問題來源，尋求最佳的解決措施。降低振動的方式多樣化，可以從多個方面入手，降低機械振動，保障工件質量，促進生產效率的提高。

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