机械加工中振动问题的解决措施

[摘 要]机械加工振动会对加工物的表面品质与生产效率产生十分重要影响，可以说是一种非常有害的现象。如果加工过程中产生振动现象，会导致刀具和工件发生相对位移，进而造成加工表面出现振痕，对零件表面品质及其性能产生很大影响。另外，振动会使刀具遭受附加动载荷，不进能加速刀具的磨损，还有可能发生崩刃；同时，振动也会使夹具、机床等的接连部分发生松动，会使间隙增大，从而使刚度与精度降低，使用寿命缩短，有时甚至会阻碍切削加工的进行，振动产生的噪音也会在一定程度上危害操作者本人的身体健康。所以，根据振动产生的原因进行研究分析找出能有效控制振动的途径对整个社会来说都具有重大意义。

[关键词]机械加工；振动；防治措施

中图分类号：V262.3+3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）42-0113-01

机械振动主要可以分为受迫振动、自激振动和自由振动三种类型。其中，自由振动是由于初始干扰力的作用而破坏系统平衡，靠弹性恢复力维持的振动。因为阻尼总是存在于系统中，会使得自由振动迅速衰减，因此，自由振动对机械加工产生的影响并不大。相对来说，自激振动与受迫振动都为不衰减振动，能对机械加工产生重大影响。

一、机械加工振动产生的原理分析

受迫振动是在外界的周期性干扰力支持下的不衰减的振动。产生受迫振动的原因可从工件、刀具和机床三个方面进行分析。机床中的一些零件制造的精度不高，导致机床不均匀的运动而引起的振动。刀具方面，当刀具多刃、多齿时，在进行切削时，因为刃口高度存在误差，也容易产生一定振动。工件表面经过切削后可能有断续表面、硬度不一等或表面余量不均，使加工时产生振动。

自激振动是在机械的加工过程中，由于振动的过程本身所引起的切削力的周期性变化，接着这种周期性变化切削力又来加强、维持振动，从而使被阻尼作用所消耗的能量从振动系统中得到了补充，这种振动即为自激振动。切削过程中的自激振动是一种频率比较高的振动，一般又称为颤振，通常能对加工表面质量及机床生产率的提高产生很大影响。导致自激振动发生的原因有以下几个方面：在切削加工过程中，在缺乏周期性外力发生作用的情形下，相对振动有时也会产生在刀具和工件之间，且在工件加工的表面上留下有规律、明显的的振纹。

自由振动是指由于系统所受外界干扰力消除后来自系统自身的衰减振动。因为一些偶然因素会对工艺系统发生作用，破坏系统平衡，自由振动仅靠弹性恢复力维持振动。这类振动会会在工艺系统的阻尼作用下很快衰减。

二、机械加工中的振动的危害

机械加工中的振动的危害是巨大且多方面的，

主要包括以下几个方面。

1. 对工件质量的危害

加工过程中的振动降低了加工表面的质量，引起加工表面的振动波纹，表面粗糙度值增大。它还会使工件和刀具之间产生相对位移，影响正常的运动轨迹。这样，就降低了工件的尺寸和形位精度。

2. 对机床及工装夹具的危害

振动使机床及夹具的运动元件之间松动，间隙增大，加快了机床及夹具零件的磨损，造成机床及夹具精度下降，影响切削质量，降低机床及夹具的使用寿命。严重时甚至造成重大安全事故。

3. 对切削刀具的危害

由于振动的产生，影响刀具的正常切削条件，使刀具承受交变切削力的作用，切削热增加，进而加快了刀具的磨损，甚至会引起切削刃的崩裂，大大降低了刀具的使用寿命。

4. 对生产效率的影响

为了避免工艺系统剧烈的振动，不得不降低切削用量，如采用较低的转速和切深等。同时，由于降低了刀具的使用寿命，频繁换刀、磨刀，使生产效率下降。

5. 对操作环境的危害

因振动会产生刺耳的噪声，使操作者的身心健康受到损害，降低了工作效率。

三、机械加工振动的主要防治措施

（一）有效控制自激振动的方法与途径

1.通过对振型刚度比的合理调整达到目的。根据振型原理可知，各振型刚度比及其组合也能影响到工艺系统的振动。可以通过合理调整两者之间的关系，来有效的抑制自激振动，从而提高系统抗振性。

2.实现工艺系统自身抗振性的提高。要不断提高机床抗振性，由于机床抗振性通常占主导地位，因此可以通过增强加工与装配质量、合理设定各部件固有的频率、提高机床的刚性以及增大阻尼等来提高抗振性。此外，还应注意增强刀具抗振性。可以通过增强工件弯曲刚性来提升工件安装的刚性。

3.减振装置的合理使用。如果采用其他措施后仍无法有效控制振动，还可以考虑通过消振减振装置的使用来达到目的。一般情况下，工艺系统中都附加有减振装置，振动能量被吸收或消耗后，减振的目的得以达到。它对自激振动可以达到同样的抑制效果，成为增强工艺系统的抗振性的有效途径。消振器装置中的吸振器可分成冲击式吸振器与动力式吸振器两类：动力式吸振器是利用所谓的弹性元件把附加质量块接连到系统中，通过对附加质量动力作用的利用，使得系统的力和系统激振力得以相互抵消，从而减弱振动。而冲击式吸振器是由与振动系统的刚性相连接的一个壳体与壳体内的自由冲击质量块来组成的，系统一旦振动，通过自由质量往复运动不断冲击壳体，使振动的能量得以消耗，从而减小振动。

（二）有效控制强迫振动的方法与途径

1.实现工艺系统刚度和阻尼的提升。提高工艺系统的刚度及增大阻尼是提高系统的抗振能力的有效措施。

不断增强连接处的部件接触刚度，减小滚动轴承的间隙。另外，通过使用内阻尼比较大的材料所制造的一些零件也可以效果减振。

2.通过消除或最大限度的减少来自振源的激振力必。以较高速旋转的一些零件，应该在修整前与修整后经过至少两次平衡。还要齿轮的装配精度与制造精度严格要求，可以通过齿轮工作的平稳性提升，来控制由于周期性冲击导致的振动，减少噪声。此外，提升滚动轴承的装配及制造精度，减低由滚动轴承自身缺陷引起的振动或选用厚薄均匀、长短一致的传动带等都可有效减少振动。

3.合理采用相关的隔振措施来减少震动。通过采用柔性连接机床的床身与电机以控制电机自身的振动，通过液压缓冲装置的应用，可以有效控制部件在换向时的冲击。另外，通过木材等使机床和地基相互隔离，将设备的基础与地面的联系通过防振沟进行隔离，从而有效控制周围的振源以地面及基础为媒介传给机床本身。

四、小结

通过对机械加工过程中振动产生的原因及特性的研究分析，可总结出许多科学有效的减振、防振措施，将这些措施应用在机械加工过程中可使振动的现象很大程度的降低，从而提升工件表面的品质和生产效率。但是，要想实现机械加工过程中振动现象的完全消除，现阶段还难以达到，需要我们做出更多的努力与研究。

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