机械加工中振动的消除与利用

摘要：机械振动在机械加工中很常见，如何消除不利的振動以及如何利用有利的振动一直是机械加工中的重要研究课题之一。随着机械加工技术的发展，现代化的数控加工中心成为机械加工的主要设备，这种设备的应用极大的提高了加工效率，但也出现了诸多问题影响加工质量。本文主要阐述了振动对机械加工的不利影响，分析了振动的类型和产生原因，最后探讨给出消除不利振动的途径和方法。

关键词：机械加工；振动种类；消除振动

在机械加工中，振动大多会带来不利影响。例如在车削过程中，如果有振动，刀具会产生微量位移，加工表面质量会下降，甚至尺寸都会发生变化。比较严重的振动还会给刀具很大的反作用力，使刀具磨损加快或者崩刀，从而损坏加工系统。但是振动在某些方面也有一定作用，所以对于机械振动要分清振动原因，抑制有害振动，利用好有利振动，更好的服务于机械加工。

1振动的类型和产生原因

振动产生的原因有很多，按振动产生的方式不同，可把振动分为三类：自由振动、强迫振动、自激振动。下面对这三种振动进行详细分析。

1.1对自由振动进行分析

自由振动是指在外力使单摆的摆球偏离平衡位置后，它就在系统内部惯性力和重力作用下振动起来，不再需要外力的推动。它的振幅会衰减，但是频率不会变。机械加工中，由于外界的瞬时冲击力会使系统本身不平衡，从而产生振动，在系统本身的弹性力作用下，振动慢慢减小直到消失，这样产生的振动主要是自由振动。

1.2对强迫振动进行分析

强迫振动顾名思义就是在外界持续的干扰力的作用下引起的振动。例如车床加工时，工件对中性不好，在旋转时就会产生周期性的振动，这就是强迫振动；另外刀具在加工工件时会受到工件的反作用力，也会产生强迫振动。

强迫振动的特点是：干扰力消失之前，振动不会减退；在干扰力消失过后，振动就会变为自由振动，振幅逐渐减小，直到消失；而且振动的频率和干扰力的频率是一样的，因而可以增大系统的阻尼，那么强迫振动的振幅就会减小，振动强度也会相应减小，降低对系统的影响。

1.3对自激振动进行分析

自激振动又称为负阻尼振动。也就是说振动本身运动所产主的阻尼力非但不阻止运动反而将进一步加剧这种运动。这种振动与外界激励无关，完全是自己激励自己。例如在磨削加工时，砂轮磨钝后与工件之间产生的振动就是自激振动。

自激振动的特点是：振动不会衰减，振幅反而会增大，而且振动的频率和其他参数很大程度是由系统本身固有的参数决定的；自激振动是由振动过程本身产生的激振和反馈导致的，因此在外在干扰消失后，强迫振动就会消失。

2振动消除的措施

机械加工中的振动大多是强迫振动和自激振动，自由振动很少，而且自由振动可以被阻尼力迅速消除，因此在考虑消除振动时，一般针对的是自激振动和强迫振动。

2.1减小自激振动的措施

2.1.1科学选择切削参数。切削参数由切削速度，进给量和背吃刀量组成，不同的参数对振动的影响很大。例如背吃刀量或是进给量太大会让工件和刀具变形，振动会大幅增加；当切削速度在20～60m/min的范围内，随着切削速度增加，振幅增涨会很迅速，但是切削速度在这个范围之外时，随着切削速度增加，振动会逐渐减弱。

2.1.2增强加工系统本身的抗振性。在上述的分析中可知，自激振动和系统本身参数有很大关系，因此增强加工系统本身的抗振性可以有效的减轻振动。例如可以对机床的刚性进行合理改善，改进工件装夹方式提高刚度，刀具也可以选择抗振性好的材料。

2.1.3在加工系统中添加消振装置。在加工系统中添加消振装置一般就是在系统中装入吸震器。吸震器主要分为两种：动力式吸震器和冲击式吸震器。动力式吸震器就是在系统中设置几个大的质量块，激振力作用在质量块上不会使质量块产生大的振动，激振力就变为质量块的微量位移，保护了系统本身。冲击式吸震器在消振原理上和动力式吸震器是相似的，也是使用质量块缓和冲击力，不同的是质量块会振动，而后是自由振动，慢慢的通过阻尼来消除振动。

2.2减少强迫振动的措施

2.2.1消除或者减弱振源的。旋转运动中，如果零件的对中性不好，转速增大就会产生很大强迫振动。例如车削轴类零件时，零件圆柱度不好，旋转离心力会很大；磨削时，砂轮磨损后型心和重心不重合，旋转时会导致主轴的振动。改善工件的装夹，或是对工件先粗加工使圆柱度满足要求再精加工；对于砂轮可以更换新的砂轮，再进行两次的平衡实验来修正，这样从振动源头消除激振力可以非常好的减弱振动。

2.2.2防止共振的产生。在振动源的频率和被振物体的频率一致时，会产生共振，加大振动强度，因此必须使这二者的频率有所不同。改变系统的固有频率可以改变电机转速，改变系统放置位置，也可以让装配时各个结合面的精度提高等等。

2.2.3可以采用隔振手段。机床电机和机床床身的连接处可以使用橡胶垫片，缓和冲击；同时可以在系统中添加液压缓冲装置，减少部件换向时造成的冲击力；机床与地基之间可以加入木板，使机床与地面隔断，防止别的振动通过地面的传导影响机床。

3机械加工过程中振动的有效利用

机械加工过程中对于振动的有效利用最典型的就是振动切削。振动切削就是将工件和刀具之间的空间和接触时间进行合理的改变，切削时所需时间短，能够迅速完成切入切出过程，由于时间短暂，在进行切削时工件还没来得及振动，刀具就已经离开工件，这样可以大幅降低切削力和切削热，使切削的质量得以提升，同时提高加工的时效性。

4结语

对于机械加工中产生的振动进行认真细致的分析，弄清楚振动的类型和原因，了解振动对加工的影响，并且加以解决。但是振动很复杂，很难用完整的数学模型来分析计算，只能通过经验计算来替代，而且振动是不可能完全消除，在加工过程中，振动也不都是越小越好。随着科技的进一步发展和对振动的深入研究，我们一定可以对加工中产生的振动进行合理的运用，更好的提高加工精度，从而使零件质量提高。

参考文献：

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[2] 杨明， 徐荣其.浅议机械加工中的振动消除与利用[J].中国高新技术企业， 2014（1）：48-50.

[3] 杨磊.机械零部件加工中振动产生原因分析及控制[J].中国新技术新产品， 2017（1）：54-55.

作者简介：寇龙（1994.04.01）男，民族：汉，籍贯：四川省西昌市。endprint