機械加工過程中機械振動的成因及解決措施

胡 燁，陶小培

（漯河職業技術學院，河南 漯河 462000）

在機械加工過程中，機械振動是普遍存在的，其產生的原因是多方面作用的結果。機械振動不僅會降低機械加工的速率，而且會影響被加工零件的質量，造成生產浪費，危害巨大。因此，要針對機械加工的不同類型，分析振動現象及其產生的原因，采用科學的措施來解決機械振動，提升生產效率和質量。

1 機械加工過程中機械振動種類及其成因

在機械加工過程中，人們針對不同機械振動產生的原因將機械振動分為：自由振動、自激振動和受迫振動，下面，將對這3種振動種類進行分析。

（1）自由振動及其成因。自由振動主要是在機械加工過程中，激振力會作用于系統中，會使系統處于失衡狀態產生的振動。是加工過程中最普遍也是最簡單的振動類型，在其產生后，如果不再對其施加外力，會不斷減少，因此，自由振動所產生的影響微乎其微，可以忽略不計。

自由振動主要是以下兩方面所導致的：一方面，是切削力的突然變化；另一方面，是外力的持續作用。正常情況下，自由振動會隨著振動阻尼的作用而逐漸減少，進而消失，影響較小。

（2）自激振動及其成因。自激振動是系統運行過程中產生的交變力作用的結果，且只受交變力的影響。如果不能進行科學抑動，可能會導致振動幅度繼續增大。自激振動的的頻率受系統頻率所影響，且其強度由振動系統能量的多少所決定，能量補充會隨著振動終止而消失。

自激振動主要是以下5方面所導致的：①刀具與工件在加工過程中摩擦力發生變化，進而引發了自激振動；②在加工過程中，工件剛度不一，材料分布不均，使刀具在使用過程中出現崩刀；③刀因自身剛度差而在生產過程中產生振動，產生了自激振動；④在加工過程中產生的積屑沉積，而且沒有及時清理，使刀具和積屑之間的作用力不穩定，造成自激振動；⑤在加工過程中沒有對切削用量進行科學制定，使自激振動產生。

（3）受迫振動及其成因。受迫振動是最主要的振動類型，主要是受外力作用而產生，這種外力與加工過程本身沒有管理，會因外力的消失而停止。但這種外力有其周期性，因此，受迫振動對工作運行的影響較大。其頻率與外力的頻率具有極高的吻合度，甚至會產生共振，破壞力巨大。

受迫振動是內、外因綜合作用下的成果。其內因主要有以下3點：①系統在安裝過程中存在誤差，產生離心力，使系統自身產生診斷；②主輪、皮帶等零部件在運作過程中不平衡，同樣也會產生離心力；③機械系統在進行切削時，會存在間歇性的節奏交替，產生離心力。其外因主要有以下2方面：①地基震動，如沖床等機械所造成的振動；②機械加工設備的慣性力，如機械設備在進行往復運動過程中，會產生慣性力，加重了受迫振動。

2 機械加工過程中機械振動的解決措施

三種機械振動在機械加工過程中產生的幾率大不相同，最高的是自激振動，約占65%，其次是受迫振動，約為50%，自由振動發生的幾率最小，約為5%，因為其在機械加工過程中會隨著阻尼作用的增大而縮減，因此自由振動對機械加工過程所造成的影響可以忽略不計。因此，文章將著重分析自激振動和受迫振動的解決措施。

2.1 解決自激振動的相關措施

解決自激振動要注重從源頭解決，綜合考慮其振動頻率和性質等因素，對振源進行逐一排除，找準振源才能做到有的放矢，但由于其與系統工藝有很大的關聯度，因此也加大了診斷的難度。對于振源的檢查，可以從以下2方面入手：①如果是由于工藝系統內部所產生的振動，可將機床內部的各零件進行空轉，查找振源；②一般來說，高危元器件和運動部件成為振源的可能性比較大，因此，要強化對其的評估，結合相關參數來確定振源。通常來說，可以實行以下3種措施解決自激振動。

（1）對刀具的幾何參數進行科學選取。自激振動的主要原因之一，即刀具和工件所產生的作用力，因此，要解決自激振動，首先應科學選擇刀具的幾何參數。如，在加工過程中，刀具前角及其主偏角對自激振動的產生影響最為顯著，主偏角和前角如果均比較大，則振幅會有所減小；反之，會加大振幅。因而，在實際進行切削工作時，要加大主偏角和前角，同時，盡可能減少后角，解決自激振動。

（2）對切削用量做合理選用。切削用量主要包含以下方面：即切削速度、進給量和切削深度。這三個參數都對自激振動產生巨大影響，任何一個參數的增加，都可以提高生產率，但是在增大某一參數的同時，要注重減小另外兩個參數，否則會加大自激振動。在加工過程中，可以加大對進給量的選用，減小切削深度，解決自激振動問題。 （3）實行減振。自激振動同時也受機械本身的抗振性能所影響，強化機械的抗振性能，有利于解決自激振動。因此，要注重與加大機械的抗振性能，可以從以下3方面入手：①提前對接觸面進行處理，減少自激振動發生的幾率；②對機械的軸承間隙做出調整，施加一定的預緊力，提高其抗振性能；③可以通過安裝減振裝置，吸收振動時所產生的能量，減少自激振動。

2.2 解決受迫振動的相關措施

機械在加工過程中受到持續的外力作用是受迫振動產生的主要原因，因此，則需要加強對外力作用的解決。當明確振源所在后，可以采用以下3條措施解決受迫振動：①對外來振源進行隔離。在加工過程中，將加工設備與動力源設備進行隔離；將地基和機床使用隔離材料進行隔離；將地面和設備間通過挖防振溝的方式進行隔離，減少因外來振源所造成的受迫振動的幾率；②注重減少激振力。機械在加工過程中，可能會因為存在不平衡等問題導致激振力的產生，因此，要想減少激振力，首先要消除機械中的不平衡。可以在系統中安裝平衡裝置，不僅能加強穩定性，減少激振力，同時，也可以提高設備的安裝質量和準確度。另外，操作人員在施工過程中，要加強對原件的平衡調節，減少受迫振動發生的可能性；③對振源頻率進行調節。如若在機械加工過程中發生共振，則會加強受迫振動的強度。因此，在加工過程中，要加強對振源頻率的調節，避免系統各部件的振動頻率接近共振區頻率，降低共振發生幾率。

3 結語

機械加工過程中產生的機械振動紛繁復雜，要解決其機械振動，還需根據具體情況進行綜合分析，對振源進行分析，從根本上解決機械振動問題，提高機械系統的運作效率和加工質量，提高生產率水平。

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