试论机械加工过程中的振动特点及预防方法

赵新乐（新乡职业技术学院,河南 新乡 453000）

1 引言

机械加工振动现象的发生会影响工件表面质量，降低机械产品的精度和刚度。为预防这种情况发生，必须根据实际工作需要采取相应的改进和预防对策，实现对振动的有效预防，从而提高机械加工精度和工件质量，更好满足机械行业对工件设备的需要，促进机械产品加工竞争力的提高。

2 机械加工过程中的振动特点

机械加工振动主要有强迫振动与自激振动两种类型，它们有着自己显著的特点。

（1）强迫振动特点。强迫振动本身不改变干扰力，与机械加工全过程没有多大关系，采取措施消除干扰力之后，振动能够全部停止。其振动频率与外界干扰力频率相近，并且容易与系统固有频率发生共振现象，对机械加工整个过程带来不利影响。另外，强迫振动产生的振幅与干扰力成正比，与刚度、阻尼成反比。

（2）自激振动特点。自激振动的产生不存在周期性外力干扰，产生的振动频率与机械加工系统某一固有频率相近。振动过程中会导致不衰减的周期性变化，并且振动系统借助这种变化力获得补充能量，确保振动继续进行。振动停止，外力变化与能量补充也停止。另外，自激振动产生及振幅大小，它是由振动周期内获得的能量与消耗的能量比值所确定的。

3 机械加工过程中的振动成因

导致机械振动产生的原因是多方面的，有些振动类型还是多种因素所致，具体来说，其主要产生原因包括以下方面。

（1）强迫振动成因。导致强迫振动产生的原因是多方面的，主要包括工艺系统的外部和内部成因所致。前者成因又包括离心惯性力引起的振动、机械加工系统传动机构存在缺陷、机械加工存在间歇情况，导致周期性激振力，引起强迫振动现象。后者成因又包括地基振动因素的影响，主要是指地基周围存在强烈振动，液压系统的液压件出现冲击现象，导致强迫振动情况发生。

（2）自激振动成因。在整个机械加工切削过程中，切削与刀具、刀具与工件之间存在摩擦现象，这种摩擦力发生变化之后，容易引起自激振动现象发生。例如，在加工过程中工件内部存在不均匀现象，导致刀具崩刀后与加工设备发生自激振荡现象。刀具安装工作不到位，刚性较差，不能很好适应机械加工需要，容易出现刀杆颤动现象，引发振动现象。加工细长轴刚性较差，容易导致工件表面出现波纹或锥度情况，积屑瘤不稳定，加工过程中刀具前角、切削层横截面积出现变动，或者是切削量选取不当。这些情况的存在，都会引起自激振动现象发生。

4 机械加工过程中的振动预防方法

为实现对机械振动的有效预防，确保机械加工顺利进行，提高加工产品质量。根据存在的问题，结合振动的成因，笔者认为今后应该从以下方面采取有效的预防方法，

4.1 强迫振动预防方法

第一，减小激振力。加工中的回转不平衡质量引发激振力，为此，应该采取以下方法减小回转元件不平衡导致的冲击力与离心惯性力。对砂轮、转子、刀盘等设置自动平衡装置，或者对其采取静平衡和动平衡措施。同时要提高传动和传动装置稳定性，确保传动皮带质量合格，长短一样，尽量减少接头，最好采用斜齿轮，主轴上安装飞轮。对联轴器各轴心线的同轴度进行改善，去除高速轴和主轴上的凸轮，确保轴的制造精度，提高轴轮安装质量。

第二，调节振源频率。对加工系统固有频率进行合理调节，对激振力频率进行适当调节，做好机械设备设计和安装工作，让固有频率远大于或小于共振区频率。调整轴承与镶条的间隙，使其偏离激振频率。适当调整加工系统运行参数，避免强迫振动产生。

第三，增加系统阻尼。机床主轴上加装电流变液阻尼器，预紧滚动轴承，支承件零部件臂上填充型砂或混凝土等，承受弯曲振动的支承件表面涂上黏性材料，通过采取这些措施，实现增加系统阻尼系数的目的，预防振动现象发生。

第四，隔离外来振动。电动机、油泵与动力源、机床分开，用隔振材料将加工设备与地面隔开，电动机底座与垫板间安装有弹性的木板或硬胶皮垫，机床周围开挖防振沟等，实现对强迫振动的有效预防。

4.2 自激振动预防方法

第一，减小重叠系数。具体的机械加工过程中，要采取相应措施，改变切削用量和刀具几何形状，使得重叠系数值能够尽量减小，这样有利于切削顺利进行，确保切削加工稳定与可靠，取得更好的机械加工效果。

第二，合理选用刀具几何参数。根据实际需要，适当增大前角与主偏角，后角在满足要求的前提下，尽量取小值，达到减小机械振动的目的。精加工时，在刀具主后面上磨出后角为负的窄菱面，以增大摩擦阻尼，预防自激振动现象发生。

第三，适当选择切削用量。选择较大进给量和较小切削深度，如果对工件要求不高，可以采用高速或低速切削方式，如果加工中已经保证加工表面粗糙度，可适当选取较大进给量，这样既能满足加工需要，提高加工效率，还能避免出现自激现象。

第四，科学安排设备位置。为保证机械产品的加工效率，提高产品加工效果，对机床、工件、刀具要做好安装工作，保证它们的位置合理，为各项工作顺利开展奠定基础。应该合理控制刚度比、方位角、工件的正转与反转等指标，确保加工稳定、顺利进行，提高机械加工产品质量。

5 结束语

综上所述，在机械加工过程中，机械振动具有多方面特点，其成因也是多方面的。今后在实际工作中，应该认识其特点和成因，并采取相应的控制和改进对策，实现对振动的有效预防。确保机械加工顺利进行，提高机械加工产品质量。

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