浅谈如何解决机械加工过程中机械振动

摘 要：在进行机械加工的过程中，工件的表面质量尤为关键，直接关系到工件的使用性能，进而影响到工业生产的稳定运行。在进行机械加工的过程中，由于生产工艺中多种因素及加工机械本身等综合作用的影响，机械加工过程会产生振动，由此影响到刀具的加工精度，降低工件的表面质量，进而影响工件的使用。为了保证工件的表面质量， 需要对引起振动的原因进行分析，从而制定出解决的措施，减少振动的发生几率或者大小，提高机械加工的质量。

关键词：机械加工；强迫振动；自激振动；预防措施

在进行机械加工的过程中，如果出现振动，将会产生非常严重的后果，最直接后果就是影响到工件的表面质量。在正常情况下，刀具与工件之间的距离是按照一定的规范来固定的，如果产生振动，将会对刀具产生附加的动荷载，由此在工件的表面会出现振痕，影响到工件的表面品质以及使用性能。此外，这种振动会严重的磨损到刀具，从而降低刀具的精度和刚度，缩短刀具的使用寿命。振动还会导致机床各连接部位的松动，从而加大间隙，严重时可能会影响到加工的持续，甚至加工人员的安全。振动所产生的噪声还会影响到工作人员的健康，所以采用相应的措施，减少振动的发生具有重要的意义。

一、机械加工振动的表现和特点

1.强迫振动。强迫振动是物体受到一个周期变化的外力作用而产生的振动。如在磨削过程中，由于电动机、高速旋转的砂轮及皮带轮等不平衡，三角皮带的厚薄或长短不一致，油泵工作不平稳等，都会引起机床的强迫振动，它将激起机床各部件之间的相对振动，影响机床加工工件的精度，如粗糙度和圆度。对于刀具或做回转运动的机床，振动还会影响回转精度。强迫振动的特点是：①强迫振动本身不能改变干扰力，干扰力一般与切削过程无关。干扰力消除，振动停止。②强迫振动的频率与外界周期干扰力的频率相同，或是它的整倍数。③干扰力的频率与系统的固有频率的比值等于或接近于 1 时，产生共振，振幅达到最大值。

2.自激振动。是由振动系统本身在振动过程中激发产生的交变力所引起的不衰减的振动，就是自激振动。即使不受到任何外界周期性干扰力的作用，振动也会发生。如在磨削过程中砂轮对工件产生的摩擦会引起自激振动。工件、机床系统刚性差，或砂轮特性选择不当，都会使摩擦力加大，从而使自激振动加剧。自激振动的特点是：①自激振动的频率等于或接近系统的固有频率。按频率的高低可分为高频颤振及低频颤振。②自激振动能否产生及其振幅的大小，决定于每一振动周期内系统所获得的能量与阻尼消耗能量的对比情况。③由于持续自激振动的干扰力是由振动过程本身激发的，故振动中止，干扰力及能量补充过程立即消失。

二、 振动产生的原因分析

1. 强迫振动产生的原因。①机床上回转件不平衡所引起的周期性变化的离心力。如由于电机或卡盘、皮带轮回转不平衡引起的。②机床传动零件缺陷所引起的周期性变化的传动力。如因刀架、主轴轴承、拖板塞铁等机床部件松动或齿轮、轴承等传动零件的制作误差而引起的周期性振动。③切削过程本身不均匀性所引起的周期性变化的切削力。如车削多边形或表面不平的工件及在车床上加工外形不规则的毛坯工件。④往复运动部件运动方向改变时产生的惯性冲击。如平面磨削过程的方向改变或瞬时改变机床的回转方向。⑤由外界其他振源传来的干扰力。在锻造车间附近，因空气锤的振动引起其他机床的强迫振动，甚至共振。

2.自激振动产生的原因。①切削过程中，切屑与刀具、刀具与工件之间摩擦力的变化。②切削层金属内部的硬度不均匀。在车削补焊后的外圃或端面而出现的硬度不均现象，常常引起刀具崩刀及车床自振现象。③刀具的安装刚性差，如刀杆尺寸太小或伸出过长，会引起刀杆颤动。④工件刚性差。如加工细长轴等刚性较差工件，会导致工件表面出现波纹或锥度。⑤积屑瘤的时生时灭，切削过程中刀具前角及切削层横截面积不时改变。⑥切削量不合适引起的振动，切削量宽而薄的切削易振动。

三、 预防措施

1.控制强迫振动的途径。（1） 因为强迫振动的原因来自外部环境，所以对于引起振动的源头要进行控制。对于转速较高的工具，在使用之前，要对其进行平衡检测。像是砂轮等进行高速旋转的零件，因为其本身的砂粒分布不够均匀，加之在旋转的过程中，受到的不均匀磨损，致使表面平整度不均。由此砂轮在旋转时就会产生振动，容易对主轴造成损伤。所以在新砂轮使用之前，要对修整前后的砂轮进行两次检测，以保证砂轮的平稳性，减少在运行时产生的振动。还可以选择合适的轴承以及传动带，以此来减少振动以及噪声的产生。（2）在机械加工的过程中，会有多个机械设备同时运转，如果相邻的两个旋转设备同时运转，并且由旋转而造成的振动频率又相同时，就会造成共振现象。共振将会对机器造成较大的损害，加剧了磨损的范围。为了解决这类现象，应该对振源进行调整，对相邻的部件调整振动频率，将激振力的频率与系统固有的频率调整开，防止共振的产生。或者还可以通过改变电动机的转速或者是主轴的转速来进行调整，亦或提高结合面的平整度，这些都可以有效的减少振动的产生。（3） 对强迫振动进行分析。强迫振动主要是受到外界周期性的干扰力引起的振动。其产生的主要原因是：在切削加工中，因为构造机床的零件有些精度不高，当机床在工作时会出现受力不均匀的现象，从而导致振动的产生。同时在刀具刃面也会引起振动，各种刀具都具有自己独特的刃口高度，因此在机械加工过程中就会产生振动。如果被切削的工件出现表面不连续以及软硬度不相同等等方面的情况，也能够导致在加工中产生振动。同时在加工系统的外部，也存在着导致车床在工作时产生振动的原因。强迫振动具有自己独特的特点，主要为：因为导致振动产生的稳态是谐振动，所以在干扰力没有消除时，振动不会减退，如果干扰力消除，振动就会立刻停止；根据振动产生的原因，振动的频率等同于干扰力的频率；当系统的阻尼力变小，强迫振动的振幅就会变大，谐波的影响轨迹范围也越大，因此加大阻尼，可以有效地减少强迫振动的振幅；在共振的区域，很小的频率就会导致振幅变化大，同时相位角也会发生变化。

2.控制自激振动的途径。（1）合理选用刀具的几何参数。在经过多次的试验和验证得出，刀具的几何参数与振动有很大的关系，所以在选择刀具时，应该对几何参数进行合理的选择。几何参数中的主偏角和前角与振动的关系最为密切，主偏角与振动的大小成正比例关系，前角与振动成反比例关系。所以合理的确定刀具的几何参数，可以有效的减少自激振动的产生。（2） 提高工艺系统的抗振性。工艺系统本身的抗振性能对于机器的震颤也有很大的影响，所以为了减少震颤，应该改善工艺系统的性能。对于机器中的接触面，要不断的提高刚度，并且进行研磨，严格控制主轴和轴承之间的空隙，增加预紧力改善顶尖孔的质量。（3）采用减振装置。如果在工艺系统中，采用多种方法都无法减小振动，那么可以在工艺系统中使用减震措施，将减震装置安放到系统中，以此来吸收振动所产生的能量。减震装置对于强迫振动和震颤都有很好的效果，可以有效的提高平稳性。

四、结语

机械加工是工业生产的重要方面，保证机械加工的质量是促进工业生产的重要基础。在进行机械加工的过程中，会因为各种原因而产生振动，严重的影响到工件的质量和使用性能。所以应该分析引起振动的原因，然后采取有针对性的措施，减少振动的产生，提高工件的生产质量和性能，为工业生产打下坚实的基础。

参考文献：

[1]田前奎，黄平.浅析机床加工中的振动及控制措施[J].广东化工，2013.

[2]刘建新，杨庆玲.机械加工过程中机械振动的成因及解决措施[J].常州工学院学报，2013.

[3]王海珍，李玉平.机械加工中的振动分析及控制措施[J].机械制造与自动化，2008.