机械加工过程中机械振动的成因及解决措施

胡 烨，陶小培

（漯河职业技术学院，河南 漯河 462000）

在机械加工过程中，机械振动是普遍存在的，其产生的原因是多方面作用的结果。机械振动不仅会降低机械加工的速率，而且会影响被加工零件的质量，造成生产浪费，危害巨大。因此，要针对机械加工的不同类型，分析振动现象及其产生的原因，采用科学的措施来解决机械振动，提升生产效率和质量。

1 机械加工过程中机械振动种类及其成因

在机械加工过程中，人们针对不同机械振动产生的原因将机械振动分为：自由振动、自激振动和受迫振动，下面，将对这3种振动种类进行分析。

（1）自由振动及其成因。自由振动主要是在机械加工过程中，激振力会作用于系统中，会使系统处于失衡状态产生的振动。是加工过程中最普遍也是最简单的振动类型，在其产生后，如果不再对其施加外力，会不断减少，因此，自由振动所产生的影响微乎其微，可以忽略不计。

自由振动主要是以下两方面所导致的：一方面，是切削力的突然变化；另一方面，是外力的持续作用。正常情况下，自由振动会随着振动阻尼的作用而逐渐减少，进而消失，影响较小。

（2）自激振动及其成因。自激振动是系统运行过程中产生的交变力作用的结果，且只受交变力的影响。如果不能进行科学抑动，可能会导致振动幅度继续增大。自激振动的的频率受系统频率所影响，且其强度由振动系统能量的多少所决定，能量补充会随着振动终止而消失。

自激振动主要是以下5方面所导致的：①刀具与工件在加工过程中摩擦力发生变化，进而引发了自激振动；②在加工过程中，工件刚度不一，材料分布不均，使刀具在使用过程中出现崩刀；③刀因自身刚度差而在生产过程中产生振动，产生了自激振动；④在加工过程中产生的积屑沉积，而且没有及时清理，使刀具和积屑之间的作用力不稳定，造成自激振动；⑤在加工过程中没有对切削用量进行科学制定，使自激振动产生。

（3）受迫振动及其成因。受迫振动是最主要的振动类型，主要是受外力作用而产生，这种外力与加工过程本身没有管理，会因外力的消失而停止。但这种外力有其周期性，因此，受迫振动对工作运行的影响较大。其频率与外力的频率具有极高的吻合度，甚至会产生共振，破坏力巨大。

受迫振动是内、外因综合作用下的成果。其内因主要有以下3点：①系统在安装过程中存在误差，产生离心力，使系统自身产生诊断；②主轮、皮带等零部件在运作过程中不平衡，同样也会产生离心力；③机械系统在进行切削时，会存在间歇性的节奏交替，产生离心力。其外因主要有以下2方面：①地基震动，如冲床等机械所造成的振动；②机械加工设备的惯性力，如机械设备在进行往复运动过程中，会产生惯性力，加重了受迫振动。

2 机械加工过程中机械振动的解决措施

三种机械振动在机械加工过程中产生的几率大不相同，最高的是自激振动，约占65%，其次是受迫振动，约为50%，自由振动发生的几率最小，约为5%，因为其在机械加工过程中会随着阻尼作用的增大而缩减，因此自由振动对机械加工过程所造成的影响可以忽略不计。因此，文章将着重分析自激振动和受迫振动的解决措施。

2.1 解决自激振动的相关措施

解决自激振动要注重从源头解决，综合考虑其振动频率和性质等因素，对振源进行逐一排除，找准振源才能做到有的放矢，但由于其与系统工艺有很大的关联度，因此也加大了诊断的难度。对于振源的检查，可以从以下2方面入手：①如果是由于工艺系统内部所产生的振动，可将机床内部的各零件进行空转，查找振源；②一般来说，高危元器件和运动部件成为振源的可能性比较大，因此，要强化对其的评估，结合相关参数来确定振源。通常来说，可以实行以下3种措施解决自激振动。

（1）对刀具的几何参数进行科学选取。自激振动的主要原因之一，即刀具和工件所产生的作用力，因此，要解决自激振动，首先应科学选择刀具的几何参数。如，在加工过程中，刀具前角及其主偏角对自激振动的产生影响最为显著，主偏角和前角如果均比较大，则振幅会有所减小；反之，会加大振幅。因而，在实际进行切削工作时，要加大主偏角和前角，同时，尽可能减少后角，解决自激振动。

（2）对切削用量做合理选用。切削用量主要包含以下方面：即切削速度、进给量和切削深度。这三个参数都对自激振动产生巨大影响，任何一个参数的增加，都可以提高生产率，但是在增大某一参数的同时，要注重减小另外两个参数，否则会加大自激振动。在加工过程中，可以加大对进给量的选用，减小切削深度，解决自激振动问题。 （3）实行减振。自激振动同时也受机械本身的抗振性能所影响，强化机械的抗振性能，有利于解决自激振动。因此，要注重与加大机械的抗振性能，可以从以下3方面入手：①提前对接触面进行处理，减少自激振动发生的几率；②对机械的轴承间隙做出调整，施加一定的预紧力，提高其抗振性能；③可以通过安装减振装置，吸收振动时所产生的能量，减少自激振动。

2.2 解决受迫振动的相关措施

机械在加工过程中受到持续的外力作用是受迫振动产生的主要原因，因此，则需要加强对外力作用的解决。当明确振源所在后，可以采用以下3条措施解决受迫振动：①对外来振源进行隔离。在加工过程中，将加工设备与动力源设备进行隔离；将地基和机床使用隔离材料进行隔离；将地面和设备间通过挖防振沟的方式进行隔离，减少因外来振源所造成的受迫振动的几率；②注重减少激振力。机械在加工过程中，可能会因为存在不平衡等问题导致激振力的产生，因此，要想减少激振力，首先要消除机械中的不平衡。可以在系统中安装平衡装置，不仅能加强稳定性，减少激振力，同时，也可以提高设备的安装质量和准确度。另外，操作人员在施工过程中，要加强对原件的平衡调节，减少受迫振动发生的可能性；③对振源频率进行调节。如若在机械加工过程中发生共振，则会加强受迫振动的强度。因此，在加工过程中，要加强对振源频率的调节，避免系统各部件的振动频率接近共振区频率，降低共振发生几率。

3 结语

机械加工过程中产生的机械振动纷繁复杂，要解决其机械振动，还需根据具体情况进行综合分析，对振源进行分析，从根本上解决机械振动问题，提高机械系统的运作效率和加工质量，提高生产率水平。

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［2］李文超.研究机械加工过程中机械振动的原因及处理措施［J］.山东工业技术，2017，（9）：54.

［3］戴瓅伟.浅析机械加工过程中机械振动的原因及对策［J］.山东工业技术，2017，（11）：6.

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