機(jī)械加工過程中機(jī)械振動(dòng)的成因及解決措施

賈曉東

摘要：在機(jī)械加工過程中，機(jī)械振動(dòng)現(xiàn)象較為常見，不僅會(huì)造成噪聲污染，還會(huì)對(duì)切削刀具造成損害，同時(shí)振動(dòng)現(xiàn)象會(huì)降低生產(chǎn)效率，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)绊懕患庸ち慵砻尜|(zhì)量，因此在機(jī)械加工過程中必須采取有效措施防止機(jī)械振動(dòng)，以此提高加工效率。基于上述背景，本文簡要概述了機(jī)械加工過程中機(jī)械振動(dòng)成因，并探討了機(jī)械振動(dòng)的解決措施，以期能為機(jī)械加工順利開展提供有效參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；機(jī)械振動(dòng)；成因；解決措施

一、前言

近年來，我國數(shù)控技術(shù)發(fā)展迅速，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械生產(chǎn)加工過程中，極大地提高了機(jī)械加工效率，為我國制造業(yè)發(fā)展提供了便捷條件。但是在實(shí)際加工過程中，刀具和零件之間處于無休止周期運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，極易出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了機(jī)械加工的效率和精準(zhǔn)性。因此在具體加工過程中，工作人員必須明確振動(dòng)現(xiàn)象成因，并予以有效的處理措施，以此提高機(jī)械加工的整體質(zhì)量。

二、機(jī)械加工過程中機(jī)械振動(dòng)的成因

機(jī)械加工過程中機(jī)械振動(dòng)主要分為自由振動(dòng)、自激振動(dòng)和強(qiáng)迫振動(dòng)三種類型，其具體成因分析如下：（1）自由振動(dòng)成因，在機(jī)械加工中，會(huì)出現(xiàn)切削力突然變化的情況，由此會(huì)引起自由振動(dòng)，同時(shí)在加工過程中外界力會(huì)沖擊加工設(shè)備，造成自由振動(dòng)。自由振動(dòng)發(fā)生過程中并不存在外來能量的補(bǔ)充，因此振動(dòng)會(huì)在阻尼作用下減緩，對(duì)整個(gè)加工過程影響較小，但是在特定條件下，自由振動(dòng)會(huì)轉(zhuǎn)化為自激振動(dòng)；（2）自激振動(dòng)成因，第一，在切削過程中，刀具與工件和切削之間會(huì)發(fā)生摩擦，使得摩擦力發(fā)生變化，從而引起自激振動(dòng)現(xiàn)象；第二，工件內(nèi)部硬度存在不均勻現(xiàn)象，在加工中刀具會(huì)發(fā)生崩刀故障，并作用于加工設(shè)備，發(fā)生自激振動(dòng)；第三，在機(jī)械加工中，其刀具剛性較差，刀桿容易出現(xiàn)顫動(dòng)現(xiàn)象，引發(fā)自激振動(dòng)；（3]強(qiáng)迫振動(dòng)成因，主要包括系統(tǒng)外部和系統(tǒng)內(nèi)部兩方面原因，前者主要表現(xiàn)為地基振動(dòng)和液壓件）中擊兩種因素，而后者主要包括三個(gè)方面：第一，離心慣性力，在加工系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)聯(lián)軸節(jié)、砂輪機(jī)工件之間會(huì)出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象，產(chǎn)生離心慣性力，出現(xiàn)強(qiáng)迫振動(dòng)現(xiàn)象；第二，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)存在缺陷，旋轉(zhuǎn)零件存在裝配或者制造誤差，造成周期性的干擾力，進(jìn)而引發(fā)強(qiáng)迫振動(dòng)；第三，具體加工過程中存在間歇性，當(dāng)加工件的間斷部分與加工部位進(jìn)行交替時(shí)，極易出現(xiàn)激振力，最終導(dǎo)致強(qiáng)迫振動(dòng)。

三、機(jī)械加工過程中機(jī)械振動(dòng)的解決措施

（一）自激振動(dòng)解決措施

在機(jī)械加工過程中，自激振動(dòng)主要受切削時(shí)系統(tǒng)內(nèi)部因素影響，因此處理自激振動(dòng)現(xiàn)象時(shí)應(yīng)從系統(tǒng)內(nèi)部著手，進(jìn)而有熊解決機(jī)械加工過程中的機(jī)械振動(dòng)現(xiàn)象。例如在某車削加工過程中，工作人員采取如下措施解決自激振動(dòng)現(xiàn)象：①降低重疊系數(shù)，在加工過程中，重疊系數(shù)會(huì)影響系統(tǒng)再生效應(yīng)，其數(shù)值的大小主要由切削用量、刀具幾何形狀和加工方式?jīng)Q定，以加工螺紋工件為例，工作人員將重疊系數(shù)設(shè)置為0，系統(tǒng)中便不會(huì)出現(xiàn)再生性的自激振動(dòng)現(xiàn)象。通常情況下，重疊系數(shù)應(yīng)控制在0～1范圍內(nèi)，為了降低該數(shù)值，工作人員可對(duì)刀具幾何形狀和切削用量進(jìn)行調(diào)整，以此保證切削的穩(wěn)定性；②確保幾何參數(shù)選擇的合理性，在機(jī)械加工中，主偏角與振幅成反比，當(dāng)該角度設(shè)置為90度時(shí)，其振幅最小，并且切削力與反角成正比，振幅會(huì)隨著前角的增大而減小。基于此在加工過程中，工作人員適當(dāng)?shù)卦龃笾髌呛颓敖牵瑫r(shí)在精加工時(shí)注意增大后刀面和工件之間的摩擦阻尼，具體可在刀具的主后面磨出一段窄棱面，并確保其后角為負(fù)；③確保切削用量的合理性，在切削中，工作人員選擇較小的切削深度，并提升切削進(jìn)給量。同時(shí)如果加工零件無特殊要求，則選擇高速切削的加工方式。此外，根據(jù)具體規(guī)定，如果加工表面粗糙程度在允許范圍內(nèi)，則可適當(dāng)?shù)卦龃筮M(jìn)給量。

（二）強(qiáng)迫振動(dòng)解決措施

在機(jī)械加工過程中，強(qiáng)迫振動(dòng)現(xiàn)象主要受周期性激振力影響，且在通常情況下，干擾力的頻率與強(qiáng)迫振動(dòng)頻率相等，基于此在解決強(qiáng)迫振動(dòng)現(xiàn)象時(shí)，其關(guān)鍵點(diǎn)在于找出振動(dòng)源。例如在某工廠機(jī)械加工過程中，采取如下解決措施：①降低激振力，在機(jī)械加工中，激振力主要由回轉(zhuǎn)不平衡質(zhì)量所致，基于此工作人員從減少離心慣性著手，首先工作人員進(jìn)行元件動(dòng)平衡和靜平衡處理，選擇轉(zhuǎn)速超過600r/min的砂輪或者刀盤等元件，必要時(shí)在系統(tǒng)中設(shè)置自動(dòng)平衡裝置；其次工作人員注重提升傳動(dòng)裝置的穩(wěn)定性，將系統(tǒng)中的直齒輪轉(zhuǎn)化為斜齒輪，并且保證傳動(dòng)皮帶長短相同，同時(shí)還需在主軸上安裝飛輪，以此降低激振力發(fā)生幾率；最后改變同軸度，并去除高速軸上帶動(dòng)潤滑油泵的凸輪，提高傳動(dòng)的穩(wěn)定性；②對(duì)振源頻率進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，在機(jī)械加工中重新設(shè)置系統(tǒng)各部件固有頻率，以共振頻率為參考，固有頻率設(shè)置應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于共振頻率數(shù)值。同時(shí)調(diào)整鑲條與軸承之間的間隙，保證其偏離激振頻率，從而有效降低自激振動(dòng)發(fā)生幾率；③提升系統(tǒng)阻尼，選取系統(tǒng)中的機(jī)床主軸，將電流變液阻尼器加裝在主軸上，并合理調(diào)整滾動(dòng)軸承，同時(shí)工作人員在支撐件零件臂中放入阻尼材料，以此提升系統(tǒng)阻尼。此外，還可有效處理系統(tǒng)中承受彎曲振動(dòng)的支撐件，在其表面涂抹黏性材料，并且在材料選擇時(shí)確保其具有較高彈性模量和內(nèi)阻，以此確保系統(tǒng)阻尼的合理性。

四、結(jié)束語

綜上所述，機(jī)械振動(dòng)在機(jī)械加工過程中較為常見，嚴(yán)重影響工件的加工質(zhì)量和整體作業(yè)效率，并對(duì)周圍環(huán)境造成不良影響，因此在具體加工過程中必須明確振動(dòng)成因，并給予有針對(duì)性的解決措施，以此提升機(jī)械加工質(zhì)量。針對(duì)機(jī)械加工過程而言，機(jī)械振動(dòng)成因較為復(fù)雜，工作人員必須根據(jù)振動(dòng)機(jī)理類型和加工實(shí)際情況予以合理分析，并在總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上采取有效措施，提升整個(gè)生產(chǎn)加工效率。endprint