机械加工过程中的振动及控制方法研究

摘要：机械加工中的振动对于加工质量和生产效率都有很大影响，须采取措施控制振动。本文首先简要介绍了机械加工过程中的振动问题的危害，然后详细介绍了消除或减弱机械加工过程中的振动的具体方法和策略。

关键词：机械加工；振动；控制方法

中图分类号：TH161.6 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011)05-0000-01

Vibration and Control Methods Research During Machining Process

Fan Zhonghe

(Baotou Vocational Technical College,Baotou014030,China)

Abstract:Vibration in machining quality and productivity processing has a significant impact,to take measures to control the vibration.This article first introduces the machining process of the vibration hazards,and then introduced to eliminate or reduce vibration during machining specific methods and strategies.

Keywords:Machining;Vibration;Control methods

机械加工过程中振动是一种有害的现象，在工件表面加工中，振动可能会使表面产生波纹，从而影响工件的性能和加工精度。同时，加工中为了减少振动，不得不降低切削用量，降低加工速度，这样就会大大影响生产加工的效率。因此，必须研究机械加工过程中的振动产生的原因，消除或者尽量减少振动的产生。

一、机械加工过程中的强迫振动

机械加工过程中的强迫振动是指在外界周期件干扰力的持续作用下，振动系统受迫产生的振动。机械加工过程中的强迫振动与一般机械振动中的强迫振动本质是相同的。机械加工过程中的强迫振动的频率与干扰力的频率相同或是其整数倍；当干扰力的频率接近或等于工艺系统某一薄弱环节固有频率时，系统就会产生共振。

强迫振动的振源有来自机床内部的机内振源和来自机床外部的机外振源。机外振源是通过地基把振动传给机床的，虽然机外振源很多，可以通过阻止振动传播的途径来消除这类强迫振动的影响。一般可以通过加设隔振地基来实现有效隔离。机内振源主要有：机床上的带轮、年盘或砂轮等高速同转零件因旋转不平衡引起的振动：机床传动机构的缺陷引起的振动；液压传动系统压力脉动引起的振动；由于断续切削引起的振动等。

如果确认机械加工过程中发达的是强迫振动，就要设法查找振源，以便消除振源或减小振源对加工过程的影响。

二、机械加工过程中的自激振动(颤振)

（一）自激振动的特征。与强迫振动相比，自激振动具有以下特征：1.机械加工中的自激振动是指在没有周期性外力(相对于切削过程而言)干扰下产生的振动。2.自激振动的频率接近于系统某一振型的固有频率。

（二）自激振动的激振机理。1.振纹再生原理。在刀具进行切削的过程中，若受到一个瞬时的偶然扰动力的作用，刀具与工件便会产生相对振动(属自由振动)，振动的幅值将因系统阻尼的存在而逐渐衰减。但该振动会在已加工表面上留下一段振纹。当工件转过一转后，刀具便会在留有振纹的表面上进行切削，切削厚度时大时小，这就有动态切削力产生。如果机床加工系统满足产生自激振动的条件，振动便会进一步发展到持续的振动状态。我们将这种由于切削厚度变化效应(简称再生效应)而引起的自激振动称为再生型切削颤振。一般说，产生再生型颤振的条件是本转(次)切削的振纹与前转(次)切削的振纹总不会完全同步，它们在相位上有―个差值。2.振型辐合原理。实际振动系统一般都是多自由度系统。实际的振动系统一般都是多自由度系统，例如一个二自由度振动系统。假设切削前的表面是完全光滑的(即不考虑再生效应)，如果切削过程中因偶然干扰使刀架系统产生角频率为ω的振动运动，则刀架将沿两刚度主轴方向同时振动，由于振动系统是二自由度系统，刀具(刀尖)的振动轨迹一般都不是直线，而是一个椭圆形的封闭曲线。水平方向和竖直方向的相位差不同，振动系统将有不同的振动轨迹。一旦满足自激振动条件，故有自激振动产生。这种由于振动系统在各主振模态间互相耦合、互相关联而产生的自激振动，称为振型耦合型颤振。

三、消除或减弱产生振动的条件

（一）消除或减弱产生强迫振动的条件

1.消除或减小内部振源。机床上的高速回转零件必须满足动平衡要求；提高传动元件及传动装置的制造精度和装配精度，保证传动平稳；使动力源与机床本体分离。2.调整振源的频率。通过改变传动比，使可能引起强迫振动的振源频率远离机床加工系统薄弱环节的固有频率，避免产生共振。3.采取隔振措施。使振源产生的部分振动被隔振装置所隔离或吸收。隔振方法有两种，一种是主动隔振，阻止机内振源通过地基外传；另一种是被动隔振，阻止机外干扰力通过地基传给机床。常用的隔振材料有橡皮、全局弹簧、空气弹簧、矿渣棉、木屑等。

（二）消除或减弱产生白激振动的条件

1.减小重叠系数：再生型颤振是由于在有波纹的表面上进行切削引起的，如果本转(次)切削不与前转(次)切削振纹相重叠，就不会有再生型颤振发生。重叠系数越小，就越不容易产生再小型颤振。重叠系数值大小取决于加工方式、刀具的几何形状及切削用量等。适当增大刀具的主偏角和进给量，均可使重叠系数减小。2.减小切削刚度：减小切削刚度可以减小切削力，可以降低切削厚度变化效应(再生效应)和振型藕合效应的作用。改善工件材料的可加丁性、增大前角、增大主偏角和适当提高进给量等，均可使切削刚度下降。3.合理布置振动系统小刚度主轴的位置。

四、改善工艺系统的动态特性与采用减振装置

（一）提高工艺系统刚度。提高工艺系统薄弱环节的刚度，可以有效地提高机床加工系统的稳定性。提高各结合面的接触刚度，对主轴支承施加预载荷，对刚性较差的工件增加辅助支承等都可以提高工艺系统的刚度。（二）增大工艺系统的阻尼。增大工艺系统中的阻尼，可通过多种方法实现。例如，使用高内阻材料制造零件，增加运动件的相对摩擦，在床身、立柱的封闭内腔中充填型砂，在主振方向安装阻振器等。（三）采用减振装置。常用的减振装置有动力式减振器、摩擦式减振器和冲击式减振器。选用新型耐磨刀具材料，合理选用刀具几何参数和切削用量，正确刃磨刀具，正确采用冷却液等，均可减少刀具的尺寸磨损。必要时，还可采用补偿装置对刀具尺寸磨损进行自动补偿。

参考文献

[1]刘涛,王慧智.机械加工精度误差分析及提高措施[J].宁夏机械,2009,(04)

[2]顾立志,龙泽明,冉启文,白凤山,袁哲俊.振动切削研究状况及发展趋势[J].佳木斯大学学报(自然科学版),2000,(02)