機械加工過程中機械振動的成因及解決措施

王俊陽

摘 要：機械加工在日常生活中應用較為廣泛，并且人們對機械加工出的工件質量要求越來越高，而在機械加工工程中，振動現象將對加工件質量造成不良影響。本文圍繞機械加工過程中產生振動的原因及其特征、降低機械振動的措施兩個方面展開討論，從而降低機械加工過程中的振動現象，減少加工過程的噪音影響，并能保證加工件的質量。

關鍵詞：機械加工；自由振動；強迫振動

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.09.030

0 前言

隨著社會的發展，對加工件的質量要求越來越高，而日常生活中通常應用到的工具都是有機械加工來實現的。在機械加工過程中，加工件和刀具之間會發生摩擦，因此不可避免的發生振動現象，將降低了加工件的精準度，從而不利于加工件在生活中的實際應用。因此應該加強對機械加工過程中振動產生的原因進行研究，并采取相應的解決措施。

1 機械加工過程中產生振動的原因及其特征

1.1 自由振動產生的原因

在機械加工過程中，自由振動是最簡單也是最容易產生的振動，引起自由振動的原因主要包括以下幾個方面：第一，在機械加工的過程中，刀具的往復運動會施加給加工件切削力的作用，而在切削力發生改變時，機械加工過程中產生振動現象；第二，在進行機械加工時，機械設備可能受到外界力的作用，從而對機械設備造成一定的沖擊，引起自由振動。機械加工過程中的自由振動現象的發生一般是由于力的作用，而在自由振動的過程中不存在外力的增加，因此自由振動現象會由于阻力的存在而逐漸減弱。由此可見，自由振動對機械加工過程造成的影響較小并且容易消除，但是自由振動是引起自激振動的一個原因，在一定的條件下機械加工過程中會出現自激振動現象，對加工件的質量有不利影響[1]。

1.2 強迫振動產生的原因

產生強迫振動的原因包括以下兩方面：第一，由于離心慣性力的影響。在機械加工過程中，轉軸、皮帶輪以及一些回轉工件在加工過程中會由于機械加工速率較快，導致這些部件出現不平衡的現象，從而將產生離心力，而離心力的產生是造成強迫振動發生的重要原因，振動的頻率與受到向心力作用的工件的轉速大致相同；第二，如果機械設備本身存在缺陷，會導致強迫振動現象的發生，主要與機械設備中的旋轉零件有關，當旋轉零件出現尺寸誤差的時候，將導致各零件之間結合不緊密，從而零件在加工過程中失去平衡，受到離心力的作用，進而引起強迫振動。

1.3 自激振動產生的原因

自激振動是發生頻率較高并且較為強烈的一種振動。振動產生的原因受到多種因素的影響，例如加工材料的硬度分布不均勻、加工余量改變等因素將引起系統振動，而系統振動將導致加工件與刀具之間位置發生變化，從而引起切削力，產生自激振動。

2 降低機械振動的措施

2.1 減少強迫振動的措施

強迫振動產生的原因主要是各零件受到離心力有關，振動的頻率與受到的干擾力的頻率處在同一水平，因此應該通過找出強迫振動源來消除振動?？蓮囊韵聨讉€方面進行強迫振動的消除：第一，減小激振力。激振力的產生將對機械加工過程造成不利影響，而激振力的產生是由于機械加工過程中部分零件由于運轉不平衡產生的，因此減少激振力的關鍵在于減少回轉零件的不平衡現象，從而減少離心慣性力的作用[2]。第二，傳動裝置的穩定性的提高也有利于降低強迫振動現象。通過使用斜齒輪，并且在主軸上安裝相應的設備使傳動裝置與動力源脫離能有效實現傳動裝置的穩定性。第三，強迫振動的頻率與回轉工件的頻率基本一致，因此可以通過降低振源頻率的措施實現強迫振動現象的減少?？刂普裨搭l率的措施主要包括以下幾個方面：首先，應該使強迫振動的頻率與加工系統的固有頻率有效分隔開，以免發生共振現象，可以通過調節激振力頻率來實現這一目標；其次，機械加工過程中加工系統的固有頻率可以在進行加工設備設計時有效調整，以便使加工系統的各零件頻率與強迫振動源的頻率存在較大差異，從而降低了加工過程中強迫振動現象的產生；再次，機械加工過程中如果各零件之間存在間隙，將導致零件在加工過程中出現不平衡的現象，由此會造成離心力的產生，并導致強迫振動現象的發生。因此通過調節各零件之間的間隙能有效減少振動現象，并且使加工系統的頻率與機械設備的固有頻率分隔開；最后，調節加工系統的運動參數，能有效改變加工系統的頻率從而與強迫振動的頻率區分開，從而有效避免共振現象的產生。

2.2 自激振動控制措施

自激振動是機械加工過程中出現頻率最高的振動現象，主要是由于工藝系統內部受到切削力的影響產生的?？赏ㄟ^以下幾個方面進行自激振動的防范：第一，選擇適當的刀具參數。刀具與加工件之間發生摩擦時將導致振動現象的發生，刀具的前角和主偏角對自激振動的影響較大，因此可以適當的增加這兩個角度數，能有效減少振動；第二，合理選擇切削用量。切削用量的增加將提高生產率，但同時會增加加工過程中的自激振動現象，因此應合理控制切削用量。另外控制加工設備的切削速度能有效控制自激振動現象，對于某些要求不嚴格的工件可以進行高速切削或者低速切削；第三，合理安排加工機床與加工件的位置，通過提高機械設備的剛度，能抑制加工過程的自激振動現象，同時工件在加工過程中的加工程序不同，對振動的影響也不同。為了加強機械設備的穩定性，在工件切削時，應該保證工件受力的方向與設備剛度的方向一致；第四，減少重疊系數。加工方式和切削用量對自激振動現象的產生有重要影響，而重疊系數是由以上因素決定的。因此應該根據以上因素減少重疊系數，具體措施表現為改變切削量以及刀具幾何參數等，從而提高機械加工過程中設備的穩定性。

3 結論

機械加工過程中將產生不同類型的振動，并且產生的原因有所不同。機械加工過程中產生的振動將對加工件的質量和加工效率造成不利影響，因此應該加強對振動產生的原因以及解決措施進行研究，從而減少加工過程中振動現象的危害，促進加工件具有較高的精確度，能滿足人們生活的需求。

參考文獻：

[1]李笑林.機械加工過程中機械振動的成因及解決措施[J].經營管理者，2017（01）：306.

[2]劉建新，楊慶玲.機械加工過程中機械振動的成因及解決措施[J].常州工學院學報，2013，26（01）：6-9.