机械加工过程中机械振动的成因分析

余建国

摘 要：随着科学技术的飞速发展，机械加工水平也不断提高。在加工过程中经常出现机械振动就会对机械加工造成不利的影响，因此有必要对机械加工过程中机械振动的成因进行深入研究，以便更好的保证工件的表面质量，并结合具体原因制定解决方案，减少振动的发生，提高加工质量。

关键词：机械加工；机械振动；成因分析

1 机械加工中机械振动的分类

1.1 强迫振动

强迫振动是机械加工过程中较为常见的振动类型之一，产生这一振动的主要原因是由于在机械加工过程中受到外界周期性干扰的影响，进而导致设备系统出现强迫振动现象。同时由于外界力量所产生的干扰具有周期性的特点，因此可以提供持续的动力机械振动。也就是说，只要有外力干扰，振动将不会停止。其中强迫振动的特点主要有：一是干扰力不会受到强迫振动的影响而改变；二是强迫振动的频率与外界周期干扰力的频率具有一定关系，频率相同或者存在整倍数关系；三是当外界干扰力的频率与系统固有频率的比值等于或接近时，机械系统则会产生共振，并且在这种情况下，所产生的振幅将达到最大值。

1.2 自激振动

自激振动是在机械加工过程中所出现的交替周期振动，是在一定相互作用下产生的。其中自激振动表现的特点主要有：一是自激振动的频率与系统固有频率具有一定关第，通常会表现为处于等于或接近的状态；二是自激振动的产生及其振幅受到多种因素影响，通常会取决于系统所获得的能量与阻尼消耗能量的对比情况；三是因为持续自激振动的干扰力是由振动过程本身激发的，所以当外界振动中止， 其干扰力及能量补充过程也就会立即消失。

2 产生机械加工振动的原因分析

2.1 产生强迫振动的原因

在加工过程中容易出现的强迫振动，产生强迫振动有内部因素和外部因素，但主要受到内部因素的影响，主要表现在以下几个方面：一是机床上回转件不平衡影响了机械整体离心力发生周期性变化。这一状况通常会由电机或卡盘、皮带轮回转不平衡引起。二是因为机床传动零件的缺陷情况导致周传动力的期性变化。如因拖板间的塞铁间隙过大、刀架、主轴轴承等机床部件发生松动或制作误差而引起。三是切削力由于切削过程的不均匀性引起。引发强迫振动的外部因素主要是地基振动因素引起。如机械加工现场地的冲压机械在加工过程中会产生强烈地基振动，进而会导致强迫产生振动的。

2.2 产生自激振动的原因

在机械加工过程中，自激振动会经常出现，造成自激振动发生的原因主要有：一是在切削零件过程中，由于刀具在实际加工过程中与工件之间会发生摩擦，进而导致自激振动。二是在加工过程中，因为在特殊情况下，受到设备硬度不均匀的影响，会直接造成崩刀现象，从而引发自激振动。三是由于刀具安装刚性差等因素影响刀杆发生颤动。四是工件刚性差所导致。

3 防治机械振动的对策建议

3.1 降低强迫振动的具体方式

一是降低激振力。为了减小振动过程中的不平衡问题，可以减少冲击力和系统离心力。设置自动平衡装置，合理安装切刀装置或采取静态和动态平衡措施。同时为了提高传动装置的稳定性，保证传动带的质量，最好使用斜齿轮，将飞轮安装在主轴上，保证轴的加工精度，改进轴轮的安装质量。二是要降低外来因素所产生的振动对机械设备造成的影响。在机械加工中通过合理划分机床功率可以使用隔振材料，有效减少外部振动对设备的影响。在加工设备和地面间加隔振材料、弹性木或硬橡胶垫，有效地防止强迫振动。三是提高系统阻尼。为了减少机械加工过程中所产生的振动，需要进一步提高机械设备的刚性和稳定性，同时提高阻尼系数也是解决该问题的有效措施。比如适当安装阻尼器可以增加系统的阻尼，在机床的主轴支撑处安装混凝土阻尼材料，可以更有效地提高阻尼装置的效率，促进设备稳定性的提高。

3.2 减少自激振动的措施

一是合理选择切削用量。从实验得知，切削速度提高一倍，切削温度约增高30%～40%所以切削速度会对刀具寿命产生很大影响。通过合理提高切削速度可以有效控制切削温度的上升，进而保证机械刀具寿命。针对不同类型的机械加工条件，按照不同加工工件的硬度，进一步合理改变切削速度。二是选择合适的切削参数。进给量和切削深度对工件的影响也很大，可以使用高速或低速切削模式，如果必须保证加工表面粗糙度要求不高，可适当选择大的进给量，以满足加工的需要，提高加工效率。工件表在粗糙度要求较高时，就必须降低进给量。三是合理选用刀具的几何参数。在刀具的选择过程中应该按照刀具几何参数要求进行合理选择。刀具主偏角和前角等几何参数与振动之间的关系最为密切，在实际切削情况下，可以适当增大前角与主偏角，后角在满足要求的前提下，可以尽量取小，以便达到减小机械振动的目的。因此，确定合理的刀具几何参数能够有效减少自由振动的发生。四是提高机械系统的抗振性。工艺系统所具有的抗振性能本身就会对机器振动性能产生很大的影响，所以为了减少振动的影响，就需要提高机械加工工艺系统。针对机械加工工件的接触面需要不断提高刚度，并严格控制工件的磨削质量，确保机械设备的主轴和轴承预紧力以便提高顶孔之间的间隙。合理使用带有减振装置的设备，用各种系统的工艺方法可以降低减振措施以吸收振动能量。阻尼装置具有良好的效果，可以有效地提高强迫振动的平整度。

4 结束语

总而言之，机械加工是机械加工生产的重要方面，保证机械加工质量就是促进机械生产的重要基础。在机械加工过程中，机械振动具有许多特点，其原因也是多方面的。本文对机械加工过程中机械振动的成因进行了分析，可以按照产生振动的特点和原因并采取相應的控制和改进策略，以便对振动进行有效预防，确保机械加工的顺利进行，提高产品的加工质量。

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