睢雪亮，馬兆賓

(河南工業(yè)技師學(xué)院，河南 鄭州450007)

機(jī)械加工過程中振動(dòng)產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施的探討

睢雪亮1，馬兆賓2

(河南工業(yè)技師學(xué)院，河南 鄭州450007)

在當(dāng)今，隨著機(jī)械加工制造工業(yè)高速發(fā)展，對產(chǎn)品制造精度有著極近苛刻的要求，因此本文所探討的機(jī)械加工過程中振動(dòng)產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施，也就有著非常重要的科學(xué)意義。

機(jī)械加工；自由振動(dòng)；強(qiáng)迫振動(dòng)；預(yù)防措施

一、機(jī)械加工中振動(dòng)的種類

1.自由振動(dòng)

在系統(tǒng)中，如果出現(xiàn)初始干擾力，往往會(huì)影響到系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，只能通過彈性恢復(fù)力完成維持振動(dòng)，其就是自由振動(dòng)。對于自由振動(dòng)來說，其具有阻尼，因此一般都會(huì)逐漸地衰減，大約占5%的概率。

2.強(qiáng)迫振動(dòng)

強(qiáng)迫振動(dòng)指的是系統(tǒng)受到周期性激振力(干擾力)的持續(xù)影響而出現(xiàn)振動(dòng)的現(xiàn)象，大約存在35%的概率。

3.自激振動(dòng)

在系統(tǒng)中，其出現(xiàn)交變力而激發(fā)與維持所出現(xiàn)的振動(dòng)，如果確定沒有周期性的干擾時(shí)，一般屬于自激振動(dòng)，大約占65%的概率。

二、自由振動(dòng)的簡述

系統(tǒng)出現(xiàn)振動(dòng)時(shí)，在外力的影響下，如果其偏離平衡點(diǎn)后可以自行按照固有的頻率進(jìn)行振動(dòng)，并擺脫外力的影響，那么其就是自由振動(dòng)。在理想的前提下，其還可以稱為無阻尼自由振動(dòng)。但是振子由于時(shí)間變化而受到外界刺激出現(xiàn)振動(dòng)時(shí)，其則屬于強(qiáng)迫振動(dòng)。其中，在工程力學(xué)中，無論是距離刺激與力刺激，還是不平衡刺激，其都屬于重要的組成因子。其振幅處于共振的環(huán)境下時(shí)，可以體現(xiàn)出最大值。而當(dāng)無阻尼和刺激頻率相等于固有頻率時(shí)，其振幅可以無限大，而在阻尼增大的條件下，其與共振振幅屬于反比例關(guān)系。

三、強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施

1.強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因

（1）不平衡而導(dǎo)致離心慣性力的出現(xiàn)

在車床運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，其存在明顯的質(zhì)量偏心，如果機(jī)床處于高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)一定的離心慣性力，從而導(dǎo)致機(jī)床出現(xiàn)振動(dòng)的現(xiàn)象。在一般情況下，其振動(dòng)的頻率和相關(guān)元件的轉(zhuǎn)數(shù)保持一致。

（2）機(jī)床傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺陷

對于機(jī)床的部分零部件（特別是旋轉(zhuǎn)類型），如果其在制造或者裝配的過程中存在誤差的現(xiàn)象，那么其在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)往往會(huì)受到周期性干擾力的影響，從而出現(xiàn)強(qiáng)迫振動(dòng)。另外，滾動(dòng)軸承在制造時(shí)存在誤差，V帶厚度不符合要求等都會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)的現(xiàn)象。

（3）地基振動(dòng)

在機(jī)械加工的過程中，如果地基出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象時(shí)，其往往會(huì)把振動(dòng)傳導(dǎo)給機(jī)床，從而造成機(jī)床和地基出現(xiàn)同樣的振動(dòng)。其振動(dòng)的幅度主要有兩個(gè)層面的影響：一是周圍機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)幅度。例如沖床、鍛錘等設(shè)備。二是地基自身以及整個(gè)建筑物承載結(jié)構(gòu)的諧振特性。

（4）部件慣性力而出現(xiàn)的振動(dòng)

對于機(jī)床中具有往復(fù)運(yùn)動(dòng)的部件來說，其在換向的過程中由于慣性力往往也會(huì)出現(xiàn)一定的振動(dòng)。另外，在液壓系統(tǒng)中，當(dāng)其液壓件出現(xiàn)沖擊現(xiàn)象時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)迫振動(dòng)。

2.強(qiáng)迫振動(dòng)的減小措施

（1）如果機(jī)床某一零件的轉(zhuǎn)速達(dá)到600r/min以上時(shí)，那么其就屬于高速回轉(zhuǎn)的狀態(tài)。在一般情況下，可以通過平衡調(diào)整、自動(dòng)調(diào)節(jié)平衡裝置的設(shè)置或增加減振裝置等方式完成有效減振。

（2）對軸承、鑲條等部位的間隙進(jìn)行有效調(diào)整，使系統(tǒng)的頻率得到轉(zhuǎn)變，從而改變與激振頻率一致的情況；而對于運(yùn)動(dòng)參數(shù)，在實(shí)際工作上可以有效減少，從而降低強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率，使其離開機(jī)床加工薄弱模態(tài)的固有頻率。

（3）增加傳動(dòng)部件的剛性或者穩(wěn)定性。例如，對于車床與磨床來說，在一般情況下要盡量避免接頭皮帶的使用，對于傳動(dòng)的皮帶則需要保持其長短的一致性。另外，如果符合條件要求，可以利用斜齒輪有效代替直齒輪，而在主軸上進(jìn)行飛輪安裝等辦法也較為常用。

（4）對于精密磨床來說，要減少齒輪泵的使用，在一般情況下可以利用葉片泵來代替。

（5）對于高精度的機(jī)床來說，在一般情況下，其動(dòng)力源和機(jī)床本體要盡量分別安置在兩個(gè)基礎(chǔ)上，從而實(shí)現(xiàn)有效的隔振工作。

四、自激振動(dòng)產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施

1.自激振動(dòng)產(chǎn)生的原因

（1）在進(jìn)行切削時(shí)，切屑和刀具，或刀具和工件之間產(chǎn)生摩擦，其在不斷變化的過程中，容易引起振動(dòng)。

（2）對于切削層來說，其金屬內(nèi)的硬度存在不均勻的現(xiàn)象時(shí)，也會(huì)引起振動(dòng)。

（3）所選用或安裝刀具的剛性較差時(shí)，也會(huì)引起振動(dòng)。例如，刀桿的尺寸過小或者安裝伸出量超出時(shí)，往往導(dǎo)致刀桿出現(xiàn)顫動(dòng)的現(xiàn)象。

（4）如果工件的剛性較差時(shí)，往往也會(huì)引起振動(dòng)。例如，對細(xì)長軸進(jìn)行加工時(shí)，由于其剛性較差而造成表面產(chǎn)生波紋或者圓錐度，從而引起振動(dòng)。

（5）對于切削量的選擇不合適時(shí)，往往也會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)的出現(xiàn)。

2.自激振動(dòng)的減小措施

（1）重疊系數(shù)μ容易直接影響到再生效應(yīng)，因此在一般情況下要積極降低。而對于重疊系數(shù)來說，其數(shù)值的大小由加工辦法、刀具形狀以及切削的用量大小等因素決定。

（2）在使用刀具時(shí)，要正確調(diào)整其幾何參數(shù)，其中主偏角κr與γo對加工振動(dòng)的影響較大。在實(shí)際工作上，可以增大前角與主偏角，進(jìn)而降低振動(dòng)現(xiàn)象。而后角則需要適度降低，但是在進(jìn)行精加工時(shí)，由于其切削的深度往往較小，如果減少后角時(shí)，其刀刃較難完成工件切入的同時(shí)，還容易引起刀具和加工表面之間出現(xiàn)摩擦加大的問題，而出現(xiàn)這樣的問題時(shí)，其振動(dòng)問題將越發(fā)增大。因此在一般情況下，需要對刀具的主后面進(jìn)行磨切，從而讓后角的一段形成負(fù)的窄棱面，降低工件與后刀面的摩擦阻尼。

（3）正確把握切削的用量。例如在一般情況下，對進(jìn)給量要較大選用，而切削深度則進(jìn)行一定程度的減少，從而有利于降低振動(dòng)。

（4）在條件滿足的前提下，要不斷增強(qiáng)機(jī)床的抗振能力，例如，減振裝置的選用。

五、結(jié)束語

綜上所述，經(jīng)過相關(guān)分析與探討后，可以知道機(jī)械加工出現(xiàn)振動(dòng)的原因較多，在實(shí)際工作上較為容易受到相關(guān)復(fù)雜因素的影響。因此一定要把握好其出現(xiàn)振動(dòng)的主要原因，并通過相應(yīng)的有效對策，不斷降低客觀環(huán)境上存在的不利因素。另外對于現(xiàn)階段來說，其相關(guān)措施還不完善，如果想要完全消除機(jī)械加工上的振動(dòng)問題時(shí)，還需要更為深入的研究工作，因此希望相關(guān)人員加大研究力度。

[1]盧秉恒主編.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

[2]馮之敬主編.機(jī)械制造工程原理[M].清華大學(xué)出版社,2002.

[3]裴艷梅.機(jī)械加工過程中的振動(dòng)和防止方法[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2008.

[4]田前奎黃平.淺析機(jī)床加工中的振動(dòng)及控制措施[J].廣東化工2013.

（編輯 文新梅）

Discussion on the Causes and Preventive Measures of Vibration during Machining

SUI Xueliang，MAZhaobin
(Industrial Technician College,Zhengzhou 450007,China)

Today,with the rapid development of machinery manufacturing industry,the product manufacturing precision is demanded extremely highly and therefore the causes and preventive measures in machinery manufacturing processes are discussed in this article.It has a veryimportant scientific significance.

machining；free vibration；forced vibration；precaution

G712

B

1672-0601（2015）06-0108-02

睢雪亮(1980-)，男，河南省安陽市，河南科技學(xué)院機(jī)電技術(shù)教育專業(yè)畢業(yè)，本科，講師，機(jī)械教研室主任。主要研究方向：機(jī)械加工制造技術(shù)。