机械零部件加工中振动产生原因分析及控制

杨磊

摘 要：机械加工是一个国家工业发展的重要基础，随着我国经济的快速发展，国家提出了工业2.0计划以实现我国工业发展的转型升级，在这一过程中应当对机械加工加以重视，提高机械加工质量。机械零部件的加工质量是机械零部件加工制造中的重点也是难点，在机械零部件的加工过程中振动现象是出现最频繁也是对机械零部件加工质量影响较大的问题之一，做好机械零部件的机械加工需要做好对于机械零部件加工中振动的解决，本文将在分析数控加工中振动形成原因及其会对机械零部件加工所造成的不良影响的基础上对如何做好机械零部件加工中的振动的消除进行分析阐述.

关键词：机械零部件；振动；振动消除

中图分类号：TH161 文献标识码：A

振动是一种在机械零部件的加工中多发且会造成严重危害的物理现象，现今在机械零部件的加工中多采用的是数控加工的加工方式，但是在机械零部件的加工时如出现振动将会使得加工刀具和加工工件之间出现一定的相对位移，从而会在机械零部件的加工表面产生一定的振痕进而影响机械零部件的表面加工精度和加工质量。此外，在机械零部件的加工过程中如产生振动将会使得加工刀具受到额外附加的动载荷从而使得刀具的磨损加速严重时甚至会造成崩刃，影响加工的安全性和机械零部件的加工质量。在机械零部件的加工过程中所产生振动还会使得机床、夹具等的连接部分产生一定的松动，在影响机械零部件的加工质量的同时还会导致切削加工无法正常进行。在振动较为严重时多采用的是降低机械零部件的加工进给量，从而使得机械零部件的数控加工效率大为降低，因此需要在总结分析机械零部件加工时所产生的种类的基础上对如何做好机械零部件加工时振动的管控进行讨论以便更好地对机械零部件进行加工提高机械零部件的加工质量和加工效率。

1.机械零部件加工时所产生的种类和振动产生的原因分析

在数控机床对机械零部件进行加工的过程中其所产生的振动主要有：自由振动、受迫振动和自激振动的几种类型。其中，对于机械零部件加工时所产生的自由振动，其产生的主要原因是由于机械零部件在加工的过程中工艺系统受到部分外作用力的作用，比如：外界对于机械零部件加工时的冲击力、机床传动系统非周期性所引起的冲击力和加工工件时所产生的冲击力等，这些附加的外作用力都会对系统的平衡及稳定性造成一定的影响，这些外附加力需要依靠系统本身的弹性恢复力进行平衡恢复，在这一过程中机械零部件加工系统中所产生的振动主要是自由振动，在机械零部件加工系统遭受到自由振动时其振动的频率与加工系统自身的频率相同，但是加工系统会对振动产生相应的阻尼作用从而抵消机械零部件加工时所产生的自由振动。在机械零部件的加工过程中所产生的强迫振动其主要来源来自于外界周期性的干扰力所引起的，造成其产生的主要原因有：机械零部件的切削过程中会由于机床自身精度的原因从而造成机械零部件在加工的过程中出现受力不均匀的现象并表现为机械零部件加工系统的受迫振动，此外，在机械零部件的加工过程中，加工刀具的反面也会导致受迫振动的产生，在机械零部件的加工过程中需要使用多种刀具，而各种刀具都有其独特的刃口高度，这些刃口高度在机械零部件的机械加工时会导致受迫振动的产生，而当机械零部件在加工的过程中在机械零部件的表面出现硬度突变或是其他一些原因的情况下都会导致机械零部件在加工时产生振动。机械零部件加工时所产生的受迫振动尤其独特的特点，在机械零部件的加工时受迫振动多是机械规律性的振动，因此其表现为谐振动，在外界干扰率没有完全消除时，机械零部件加工所产生的振动不会消除，外界所产生的干扰力和机械零部件的所产生的振动呈现出正比关系，此外，机械零部件加工时多产生的振动频率和干扰力的频率相同，当系统的阻尼力变小时，强迫振动时所产生的振幅将会增大，而系统振动所产生的谐波的影响轨迹范围也将随之增大，因此，通过适当地加大系统的阻尼可以将机械零部件加工时所产生的强迫振动的振幅大为降低。对于机械零部件加工时自激振动主要产生于机床在对机械零部件进行加工的过程中，机械零部件加工所产生的振动会使得机械零部件加工所产生的切削力产生周期性的变化，而这一变化的切削力又通过反作用于系统从而对系统所产生的振动大为加强，在机械零部件的加工过程中，其所产生的自激振动主要来自于频率较高的的强烈的振动，这一振动的存在会使得机械零部件加工表面的质量受到较大的影响，此外，机械零部件加工时遭受到自激振的影响还会影响机械零部件的加工效率，因此，需要在机械零部件的加工过程中对于振动所产生的影响引起足够的重视并通过采用合理有效的措施来对

2.机械零部件加工过程中所产生的振动的控制及消除措施

在机械零部件加工过程中所产生的3类振动中，强迫振动和自激振动在其中占据较大的比例，而自由振动对于机械零部件的加工质量所产生的影响较小，机械零部件加工时所产生的自由振动能够迅速地依靠机械零部件加工系统自身的阻尼力予以抵消从而减小其对于机械零部件加工系统所造成的影响，因此在机械零部件加工所产生的振动的控制上需要着重加强对于受迫振动和自激振动的控制。

2.1 控制及消除机械零部件加工自激振动的措施

为做好对于机械零部件加工时所产生的自激振动的控制可以通过以下措施加以控制：（1）做好机械零部件加工时的刀具的几何参数的选择与控制，在机械零部件加工所使用的刀具的几何尺寸中，各参数中主偏角和前角是对于机械零部件加工所产生的自激振动影响最大的两个参数，其中主偏角会影响到机械零部件加工时的切削的宽度，而主偏角参数与切削的宽度呈现出反比关系，即主偏角参数越小则使用此刀具在机械零部件的加工过程中会产生的越大的切削宽度从而使得机械零部件在加工的过程中更易导致自激振动的产生，此外，前角与机械零部件的切削力大小呈反比关系，适当地增大机械零部件加工刀具的前角可以有效地降低机械零部件加工时的刀具的切削力和切削振幅。提高机械零部件的加工精度和加工质量。机械零部件加工过程中各加工参数也会对机械零部件加工时的振动造成一定的影响，因此需要对机械零部件加工时的加工参数进行合理地选择。做好对于加工参数的选择关键是要做好对于机械零部件加工过程中的切削速度和工件的进给量及背吃刀量参数的选择。比如说在机械零部件的加工过程中，刀具的进给量控制在20m/min～60m/min的范围内时，机械零部件加工所产生的自激振动的增长较为迅速，而当机械零部件的加工进给量超出这一范围时机械零部件自激振动的振幅和振动的影响将大为降低，因此在机械零部件的切削加工过程中需要根据机械零部件加工的实际情况选择合理的加工切削参数。为减小自激振动对于机械零部件加工所造成的影响，在机械零部件的加工时还可以通过增强系统本身的抗震性来提高机械零部件的加工质量，通过提高机床系统的抗震性增强机床系统的抗震能力，在增强机床系统的抗震性方面首先可以从改善机床系统的刚性入手，在增强基础系统刚性的同时还可以通过对机床系统的各部件的固有频率进行分析并通过采用合理的措施以增强基础系统的阻力，从而实现对于机床系统的抗震性的加强，此外，在机械零部件的加工过程中，刀具的自激振问题也是影响机械零部件加工质量的重要一环，通过增强刀具的抗震性也可以实现机械零部件加工质量的提高，除此之外还能够通过提高待加工机械零部件的弯曲刚性来降低机械零部件加工过程的自激振动对于机械零部件加工质量的影响。为减小机械零部件加工中振动对于机械零部件加工质量的影响还可以通过在机械零部件的加工过程中在加工系统中加入消振装置来对振动加以控制，其主要的方式可以通过在机械零部件加工系统中加入吸振装置，所添加的吸振装置根据其作用机理的不同主要分为动力式吸振器和冲击式吸振器两大类，其中的动力式吸振器主要的作用机理是通过在机械零部件的加工系统中添加多个较大的质量块，这些质量块来产生的力与机械零部件加工过程中所产生的激振力相抵消以实现对于机械零部件加工过程中的振动的控制，此外，冲击式吸振器的作用机理主要是通过在机械零部件的加工振动系统中添加一个与刚性连接的壳体，通过在刚性壳体中加入一个能够自由运动的质量块以实现对于机械零部件加工时所产生的自激振动的抵消。此外在减小自激振动对于机械零部件加工质量的影响中还可以通过调整振型的刚度比的方式来减小振动所造成的影响，通过振型耦合原理的分析，机械零部件振动还受到振型的刚度比及其组合的影响，通过在分析其原理的基础上对两者之间的关系适当地调整能够有效地提高系统的抗震性，从而抑制机械零部件加工中的自激振动的产生。

2.2 做好受迫振动的控制以降低其对于机械零部件加工系统的影响

以上对于在机械零部件的加工过程中的受迫振动所产生的原因进行了分析，为降低受迫振动对于机械零部件加工系统的影响需要找出造成受迫振动产生的振源，并对振源加以控制以提高机械零部件的加工质量。做好对于机械零部件加工过程中震源的控制可以通过以下方式：（1）将振源的激振力加以控制，当在机械零部件的加工过程中零件的转速过高时需要对机械零部件进行找平衡，由于机械零部件自身中的各部均匀性有所差异，导致机械零部件在高速旋转时会引起工件表面磨损的差异并导致主轴振动的产生。（2）避免机械零部件加工时所产生的激振频率与系统自身固有频率相接近，为避免这一现象的产生可以通过改变电机主轴的转速或是提高机械零部件接触面和结合面的精度并减小两者之间的间隙，从而提高机械零部件加工系统的固有的频率。（3）在机械零部件加工传动系统中加装隔振措施，在机床的床身和电机的连接处采用柔性连接的方式使得电机自身的振动被隔离在机床加工范围之外，此外，对于机床液压系统所造成的振动可以通过将液压系统和机床进行分离或是在液压系统中加装液压缓冲装置以减小机床部件在进行换向时所产生的冲击力，此外对于数控加工机床的地基中还需要进入厚橡皮或是木板、防振沟等的方式来减少外界对于机械零部件加工系统的影响，提高机床系统的抗震性。

3.做好机械零部件加工中的振动的有效利用

在对机械零部件加工中的振动的利用中，振动切削是最容易实现也是应用效果较好的方法之一，通过在机械零部件的加工中应用振动切削能够极大地改善机械零部件的加工表面质量。振动切削的原理主要是通过改变待加工工件之间的空间和时间条件以引起切削加工原理的改变，降低机械零部件加工过程中的切削热和切削力对机械零部件加工所造成的影响，从而使得机械零部件的切削质量能够得到较大地提升，同时提高机械零部件加工的时效性。振动切削的时间较为短暂，因此在使用振动切削时能够将振动对机械零部件加工质量的影响降到最低，这是由于振动切削的作用时间较短，其所产生的振动在振动切削时并未来得及作用到待加工零部件时刀具即以离开了所作用的工件。在机械加工的过程中，通过将机械加工时的切削速度进行有规律地调整，既可以将切削振动所造成的影响降低，还能够通过此种措施合理利用振动提高加工的表面质量。比如在机械零部件加工中当振动产生时，通过降低切削力和切削温度可以使得热处理的零件的变形和裂纹得到较大程度地降低，从而实现对于机械零部件的精密加工。

结语

振动在机械零部件的加工过程中会对机械零部件的表面加工质量产生极大的影响。本文在分析造成机械零部件加工过程中振动产生的原因的基础上对如何做好振动的控制进行了分析阐述。

参考文献

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