摘要：機(jī)械振動(dòng)在機(jī)械加工中很常見，如何消除不利的振動(dòng)以及如何利用有利的振動(dòng)一直是機(jī)械加工中的重要研究課題之一。隨著機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代化的數(shù)控加工中心成為機(jī)械加工的主要設(shè)備，這種設(shè)備的應(yīng)用極大的提高了加工效率，但也出現(xiàn)了諸多問題影響加工質(zhì)量。本文主要闡述了振動(dòng)對(duì)機(jī)械加工的不利影響，分析了振動(dòng)的類型和產(chǎn)生原因，最后探討給出消除不利振動(dòng)的途徑和方法。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；振動(dòng)種類；消除振動(dòng)

在機(jī)械加工中，振動(dòng)大多會(huì)帶來不利影響。例如在車削過程中，如果有振動(dòng)，刀具會(huì)產(chǎn)生微量位移，加工表面質(zhì)量會(huì)下降，甚至尺寸都會(huì)發(fā)生變化。比較嚴(yán)重的振動(dòng)還會(huì)給刀具很大的反作用力，使刀具磨損加快或者崩刀，從而損壞加工系統(tǒng)。但是振動(dòng)在某些方面也有一定作用，所以對(duì)于機(jī)械振動(dòng)要分清振動(dòng)原因，抑制有害振動(dòng)，利用好有利振動(dòng)，更好的服務(wù)于機(jī)械加工。

1振動(dòng)的類型和產(chǎn)生原因

振動(dòng)產(chǎn)生的原因有很多，按振動(dòng)產(chǎn)生的方式不同，可把振動(dòng)分為三類：自由振動(dòng)、強(qiáng)迫振動(dòng)、自激振動(dòng)。下面對(duì)這三種振動(dòng)進(jìn)行詳細(xì)分析。

1.1對(duì)自由振動(dòng)進(jìn)行分析

自由振動(dòng)是指在外力使單擺的擺球偏離平衡位置后，它就在系統(tǒng)內(nèi)部慣性力和重力作用下振動(dòng)起來，不再需要外力的推動(dòng)。它的振幅會(huì)衰減，但是頻率不會(huì)變。機(jī)械加工中，由于外界的瞬時(shí)沖擊力會(huì)使系統(tǒng)本身不平衡，從而產(chǎn)生振動(dòng)，在系統(tǒng)本身的彈性力作用下，振動(dòng)慢慢減小直到消失，這樣產(chǎn)生的振動(dòng)主要是自由振動(dòng)。

1.2對(duì)強(qiáng)迫振動(dòng)進(jìn)行分析

強(qiáng)迫振動(dòng)顧名思義就是在外界持續(xù)的干擾力的作用下引起的振動(dòng)。例如車床加工時(shí)，工件對(duì)中性不好，在旋轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生周期性的振動(dòng)，這就是強(qiáng)迫振動(dòng)；另外刀具在加工工件時(shí)會(huì)受到工件的反作用力，也會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)。

強(qiáng)迫振動(dòng)的特點(diǎn)是：干擾力消失之前，振動(dòng)不會(huì)減退；在干擾力消失過后，振動(dòng)就會(huì)變?yōu)樽杂烧駝?dòng)，振幅逐漸減小，直到消失；而且振動(dòng)的頻率和干擾力的頻率是一樣的，因而可以增大系統(tǒng)的阻尼，那么強(qiáng)迫振動(dòng)的振幅就會(huì)減小，振動(dòng)強(qiáng)度也會(huì)相應(yīng)減小，降低對(duì)系統(tǒng)的影響。

1.3對(duì)自激振動(dòng)進(jìn)行分析

自激振動(dòng)又稱為負(fù)阻尼振動(dòng)。也就是說振動(dòng)本身運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)主的阻尼力非但不阻止運(yùn)動(dòng)反而將進(jìn)一步加劇這種運(yùn)動(dòng)。這種振動(dòng)與外界激勵(lì)無關(guān)，完全是自己激勵(lì)自己。例如在磨削加工時(shí)，砂輪磨鈍后與工件之間產(chǎn)生的振動(dòng)就是自激振動(dòng)。

自激振動(dòng)的特點(diǎn)是：振動(dòng)不會(huì)衰減，振幅反而會(huì)增大，而且振動(dòng)的頻率和其他參數(shù)很大程度是由系統(tǒng)本身固有的參數(shù)決定的；自激振動(dòng)是由振動(dòng)過程本身產(chǎn)生的激振和反饋導(dǎo)致的，因此在外在干擾消失后，強(qiáng)迫振動(dòng)就會(huì)消失。

2振動(dòng)消除的措施

機(jī)械加工中的振動(dòng)大多是強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)，自由振動(dòng)很少，而且自由振動(dòng)可以被阻尼力迅速消除，因此在考慮消除振動(dòng)時(shí)，一般針對(duì)的是自激振動(dòng)和強(qiáng)迫振動(dòng)。

2.1減小自激振動(dòng)的措施

2.1.1科學(xué)選擇切削參數(shù)。切削參數(shù)由切削速度，進(jìn)給量和背吃刀量組成，不同的參數(shù)對(duì)振動(dòng)的影響很大。例如背吃刀量或是進(jìn)給量太大會(huì)讓工件和刀具變形，振動(dòng)會(huì)大幅增加；當(dāng)切削速度在20～60m/min的范圍內(nèi)，隨著切削速度增加，振幅增漲會(huì)很迅速，但是切削速度在這個(gè)范圍之外時(shí)，隨著切削速度增加，振動(dòng)會(huì)逐漸減弱。

2.1.2增強(qiáng)加工系統(tǒng)本身的抗振性。在上述的分析中可知，自激振動(dòng)和系統(tǒng)本身參數(shù)有很大關(guān)系，因此增強(qiáng)加工系統(tǒng)本身的抗振性可以有效的減輕振動(dòng)。例如可以對(duì)機(jī)床的剛性進(jìn)行合理改善，改進(jìn)工件裝夾方式提高剛度，刀具也可以選擇抗振性好的材料。

2.1.3在加工系統(tǒng)中添加消振裝置。在加工系統(tǒng)中添加消振裝置一般就是在系統(tǒng)中裝入吸震器。吸震器主要分為兩種：動(dòng)力式吸震器和沖擊式吸震器。動(dòng)力式吸震器就是在系統(tǒng)中設(shè)置幾個(gè)大的質(zhì)量塊，激振力作用在質(zhì)量塊上不會(huì)使質(zhì)量塊產(chǎn)生大的振動(dòng)，激振力就變?yōu)橘|(zhì)量塊的微量位移，保護(hù)了系統(tǒng)本身。沖擊式吸震器在消振原理上和動(dòng)力式吸震器是相似的，也是使用質(zhì)量塊緩和沖擊力，不同的是質(zhì)量塊會(huì)振動(dòng)，而后是自由振動(dòng)，慢慢的通過阻尼來消除振動(dòng)。

2.2減少強(qiáng)迫振動(dòng)的措施

2.2.1消除或者減弱振源的。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，如果零件的對(duì)中性不好，轉(zhuǎn)速增大就會(huì)產(chǎn)生很大強(qiáng)迫振動(dòng)。例如車削軸類零件時(shí)，零件圓柱度不好，旋轉(zhuǎn)離心力會(huì)很大；磨削時(shí)，砂輪磨損后型心和重心不重合，旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)導(dǎo)致主軸的振動(dòng)。改善工件的裝夾，或是對(duì)工件先粗加工使圓柱度滿足要求再精加工；對(duì)于砂輪可以更換新的砂輪，再進(jìn)行兩次的平衡實(shí)驗(yàn)來修正，這樣從振動(dòng)源頭消除激振力可以非常好的減弱振動(dòng)。

2.2.2防止共振的產(chǎn)生。在振動(dòng)源的頻率和被振物體的頻率一致時(shí)，會(huì)產(chǎn)生共振，加大振動(dòng)強(qiáng)度，因此必須使這二者的頻率有所不同。改變系統(tǒng)的固有頻率可以改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變系統(tǒng)放置位置，也可以讓裝配時(shí)各個(gè)結(jié)合面的精度提高等等。

2.2.3可以采用隔振手段。機(jī)床電機(jī)和機(jī)床床身的連接處可以使用橡膠墊片，緩和沖擊；同時(shí)可以在系統(tǒng)中添加液壓緩沖裝置，減少部件換向時(shí)造成的沖擊力；機(jī)床與地基之間可以加入木板，使機(jī)床與地面隔斷，防止別的振動(dòng)通過地面的傳導(dǎo)影響機(jī)床。

3機(jī)械加工過程中振動(dòng)的有效利用

機(jī)械加工過程中對(duì)于振動(dòng)的有效利用最典型的就是振動(dòng)切削。振動(dòng)切削就是將工件和刀具之間的空間和接觸時(shí)間進(jìn)行合理的改變，切削時(shí)所需時(shí)間短，能夠迅速完成切入切出過程，由于時(shí)間短暫，在進(jìn)行切削時(shí)工件還沒來得及振動(dòng)，刀具就已經(jīng)離開工件，這樣可以大幅降低切削力和切削熱，使切削的質(zhì)量得以提升，同時(shí)提高加工的時(shí)效性。

4結(jié)語

對(duì)于機(jī)械加工中產(chǎn)生的振動(dòng)進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的分析，弄清楚振動(dòng)的類型和原因，了解振動(dòng)對(duì)加工的影響，并且加以解決。但是振動(dòng)很復(fù)雜，很難用完整的數(shù)學(xué)模型來分析計(jì)算，只能通過經(jīng)驗(yàn)計(jì)算來替代，而且振動(dòng)是不可能完全消除，在加工過程中，振動(dòng)也不都是越小越好。隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展和對(duì)振動(dòng)的深入研究，我們一定可以對(duì)加工中產(chǎn)生的振動(dòng)進(jìn)行合理的運(yùn)用，更好的提高加工精度，從而使零件質(zhì)量提高。

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作者簡(jiǎn)介：寇龍（1994.04.01）男，民族：漢，籍貫：四川省西昌市。endprint