機械加工中振動的消除與利用

摘要：機械振動在機械加工中很常見，如何消除不利的振動以及如何利用有利的振動一直是機械加工中的重要研究課題之一。隨著機械加工技術的發展，現代化的數控加工中心成為機械加工的主要設備，這種設備的應用極大的提高了加工效率，但也出現了諸多問題影響加工質量。本文主要闡述了振動對機械加工的不利影響，分析了振動的類型和產生原因，最后探討給出消除不利振動的途徑和方法。

關鍵詞：機械加工；振動種類；消除振動

在機械加工中，振動大多會帶來不利影響。例如在車削過程中，如果有振動，刀具會產生微量位移，加工表面質量會下降，甚至尺寸都會發生變化。比較嚴重的振動還會給刀具很大的反作用力，使刀具磨損加快或者崩刀，從而損壞加工系統。但是振動在某些方面也有一定作用，所以對于機械振動要分清振動原因，抑制有害振動，利用好有利振動，更好的服務于機械加工。

1振動的類型和產生原因

振動產生的原因有很多，按振動產生的方式不同，可把振動分為三類：自由振動、強迫振動、自激振動。下面對這三種振動進行詳細分析。

1.1對自由振動進行分析

自由振動是指在外力使單擺的擺球偏離平衡位置后，它就在系統內部慣性力和重力作用下振動起來，不再需要外力的推動。它的振幅會衰減，但是頻率不會變。機械加工中，由于外界的瞬時沖擊力會使系統本身不平衡，從而產生振動，在系統本身的彈性力作用下，振動慢慢減小直到消失，這樣產生的振動主要是自由振動。

1.2對強迫振動進行分析

強迫振動顧名思義就是在外界持續的干擾力的作用下引起的振動。例如車床加工時，工件對中性不好，在旋轉時就會產生周期性的振動，這就是強迫振動；另外刀具在加工工件時會受到工件的反作用力，也會產生強迫振動。

強迫振動的特點是：干擾力消失之前，振動不會減退；在干擾力消失過后，振動就會變為自由振動，振幅逐漸減小，直到消失；而且振動的頻率和干擾力的頻率是一樣的，因而可以增大系統的阻尼，那么強迫振動的振幅就會減小，振動強度也會相應減小，降低對系統的影響。

1.3對自激振動進行分析

自激振動又稱為負阻尼振動。也就是說振動本身運動所產主的阻尼力非但不阻止運動反而將進一步加劇這種運動。這種振動與外界激勵無關，完全是自己激勵自己。例如在磨削加工時，砂輪磨鈍后與工件之間產生的振動就是自激振動。

自激振動的特點是：振動不會衰減，振幅反而會增大，而且振動的頻率和其他參數很大程度是由系統本身固有的參數決定的；自激振動是由振動過程本身產生的激振和反饋導致的，因此在外在干擾消失后，強迫振動就會消失。

2振動消除的措施

機械加工中的振動大多是強迫振動和自激振動，自由振動很少，而且自由振動可以被阻尼力迅速消除，因此在考慮消除振動時，一般針對的是自激振動和強迫振動。

2.1減小自激振動的措施

2.1.1科學選擇切削參數。切削參數由切削速度，進給量和背吃刀量組成，不同的參數對振動的影響很大。例如背吃刀量或是進給量太大會讓工件和刀具變形，振動會大幅增加；當切削速度在20～60m/min的范圍內，隨著切削速度增加，振幅增漲會很迅速，但是切削速度在這個范圍之外時，隨著切削速度增加，振動會逐漸減弱。

2.1.2增強加工系統本身的抗振性。在上述的分析中可知，自激振動和系統本身參數有很大關系，因此增強加工系統本身的抗振性可以有效的減輕振動。例如可以對機床的剛性進行合理改善，改進工件裝夾方式提高剛度，刀具也可以選擇抗振性好的材料。

2.1.3在加工系統中添加消振裝置。在加工系統中添加消振裝置一般就是在系統中裝入吸震器。吸震器主要分為兩種：動力式吸震器和沖擊式吸震器。動力式吸震器就是在系統中設置幾個大的質量塊，激振力作用在質量塊上不會使質量塊產生大的振動，激振力就變為質量塊的微量位移，保護了系統本身。沖擊式吸震器在消振原理上和動力式吸震器是相似的，也是使用質量塊緩和沖擊力，不同的是質量塊會振動，而后是自由振動，慢慢的通過阻尼來消除振動。

2.2減少強迫振動的措施

2.2.1消除或者減弱振源的。旋轉運動中，如果零件的對中性不好，轉速增大就會產生很大強迫振動。例如車削軸類零件時，零件圓柱度不好，旋轉離心力會很大；磨削時，砂輪磨損后型心和重心不重合，旋轉時會導致主軸的振動。改善工件的裝夾，或是對工件先粗加工使圓柱度滿足要求再精加工；對于砂輪可以更換新的砂輪，再進行兩次的平衡實驗來修正，這樣從振動源頭消除激振力可以非常好的減弱振動。

2.2.2防止共振的產生。在振動源的頻率和被振物體的頻率一致時，會產生共振，加大振動強度，因此必須使這二者的頻率有所不同。改變系統的固有頻率可以改變電機轉速，改變系統放置位置，也可以讓裝配時各個結合面的精度提高等等。

2.2.3可以采用隔振手段。機床電機和機床床身的連接處可以使用橡膠墊片，緩和沖擊；同時可以在系統中添加液壓緩沖裝置，減少部件換向時造成的沖擊力；機床與地基之間可以加入木板，使機床與地面隔斷，防止別的振動通過地面的傳導影響機床。

3機械加工過程中振動的有效利用

機械加工過程中對于振動的有效利用最典型的就是振動切削。振動切削就是將工件和刀具之間的空間和接觸時間進行合理的改變，切削時所需時間短，能夠迅速完成切入切出過程，由于時間短暫，在進行切削時工件還沒來得及振動，刀具就已經離開工件，這樣可以大幅降低切削力和切削熱，使切削的質量得以提升，同時提高加工的時效性。

4結語

對于機械加工中產生的振動進行認真細致的分析，弄清楚振動的類型和原因，了解振動對加工的影響，并且加以解決。但是振動很復雜，很難用完整的數學模型來分析計算，只能通過經驗計算來替代，而且振動是不可能完全消除，在加工過程中，振動也不都是越小越好。隨著科技的進一步發展和對振動的深入研究，我們一定可以對加工中產生的振動進行合理的運用，更好的提高加工精度，從而使零件質量提高。

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作者簡介：寇龍（1994.04.01）男，民族：漢，籍貫：四川省西昌市。endprint