王俊陽(yáng)

摘 要：機(jī)械加工在日常生活中應(yīng)用較為廣泛，并且人們對(duì)機(jī)械加工出的工件質(zhì)量要求越來(lái)越高，而在機(jī)械加工工程中，振動(dòng)現(xiàn)象將對(duì)加工件質(zhì)量造成不良影響。本文圍繞機(jī)械加工過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng)的原因及其特征、降低機(jī)械振動(dòng)的措施兩個(gè)方面展開討論，從而降低機(jī)械加工過(guò)程中的振動(dòng)現(xiàn)象，減少加工過(guò)程的噪音影響，并能保證加工件的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；自由振動(dòng)；強(qiáng)迫振動(dòng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.09.030

0 前言

隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)加工件的質(zhì)量要求越來(lái)越高，而日常生活中通常應(yīng)用到的工具都是有機(jī)械加工來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在機(jī)械加工過(guò)程中，加工件和刀具之間會(huì)發(fā)生摩擦，因此不可避免的發(fā)生振動(dòng)現(xiàn)象，將降低了加工件的精準(zhǔn)度，從而不利于加工件在生活中的實(shí)際應(yīng)用。因此應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)機(jī)械加工過(guò)程中振動(dòng)產(chǎn)生的原因進(jìn)行研究，并采取相應(yīng)的解決措施。

1 機(jī)械加工過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng)的原因及其特征

1.1 自由振動(dòng)產(chǎn)生的原因

在機(jī)械加工過(guò)程中，自由振動(dòng)是最簡(jiǎn)單也是最容易產(chǎn)生的振動(dòng)，引起自由振動(dòng)的原因主要包括以下幾個(gè)方面：第一，在機(jī)械加工的過(guò)程中，刀具的往復(fù)運(yùn)動(dòng)會(huì)施加給加工件切削力的作用，而在切削力發(fā)生改變時(shí)，機(jī)械加工過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng)現(xiàn)象；第二，在進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，機(jī)械設(shè)備可能受到外界力的作用，從而對(duì)機(jī)械設(shè)備造成一定的沖擊，引起自由振動(dòng)。機(jī)械加工過(guò)程中的自由振動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生一般是由于力的作用，而在自由振動(dòng)的過(guò)程中不存在外力的增加，因此自由振動(dòng)現(xiàn)象會(huì)由于阻力的存在而逐漸減弱。由此可見，自由振動(dòng)對(duì)機(jī)械加工過(guò)程造成的影響較小并且容易消除，但是自由振動(dòng)是引起自激振動(dòng)的一個(gè)原因，在一定的條件下機(jī)械加工過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)自激振動(dòng)現(xiàn)象，對(duì)加工件的質(zhì)量有不利影響[1]。

1.2 強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因

產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)的原因包括以下兩方面：第一，由于離心慣性力的影響。在機(jī)械加工過(guò)程中，轉(zhuǎn)軸、皮帶輪以及一些回轉(zhuǎn)工件在加工過(guò)程中會(huì)由于機(jī)械加工速率較快，導(dǎo)致這些部件出現(xiàn)不平衡的現(xiàn)象，從而將產(chǎn)生離心力，而離心力的產(chǎn)生是造成強(qiáng)迫振動(dòng)發(fā)生的重要原因，振動(dòng)的頻率與受到向心力作用的工件的轉(zhuǎn)速大致相同；第二，如果機(jī)械設(shè)備本身存在缺陷，會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)迫振動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生，主要與機(jī)械設(shè)備中的旋轉(zhuǎn)零件有關(guān)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)零件出現(xiàn)尺寸誤差的時(shí)候，將導(dǎo)致各零件之間結(jié)合不緊密，從而零件在加工過(guò)程中失去平衡，受到離心力的作用，進(jìn)而引起強(qiáng)迫振動(dòng)。

1.3 自激振動(dòng)產(chǎn)生的原因

自激振動(dòng)是發(fā)生頻率較高并且較為強(qiáng)烈的一種振動(dòng)。振動(dòng)產(chǎn)生的原因受到多種因素的影響，例如加工材料的硬度分布不均勻、加工余量改變等因素將引起系統(tǒng)振動(dòng)，而系統(tǒng)振動(dòng)將導(dǎo)致加工件與刀具之間位置發(fā)生變化，從而引起切削力，產(chǎn)生自激振動(dòng)。

2 降低機(jī)械振動(dòng)的措施

2.1 減少?gòu)?qiáng)迫振動(dòng)的措施

強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因主要是各零件受到離心力有關(guān)，振動(dòng)的頻率與受到的干擾力的頻率處在同一水平，因此應(yīng)該通過(guò)找出強(qiáng)迫振動(dòng)源來(lái)消除振動(dòng)?？蓮囊韵聨讉€(gè)方面進(jìn)行強(qiáng)迫振動(dòng)的消除：第一，減小激振力。激振力的產(chǎn)生將對(duì)機(jī)械加工過(guò)程造成不利影響，而激振力的產(chǎn)生是由于機(jī)械加工過(guò)程中部分零件由于運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡產(chǎn)生的，因此減少激振力的關(guān)鍵在于減少回轉(zhuǎn)零件的不平衡現(xiàn)象，從而減少離心慣性力的作用[2]。第二，傳動(dòng)裝置的穩(wěn)定性的提高也有利于降低強(qiáng)迫振動(dòng)現(xiàn)象。通過(guò)使用斜齒輪，并且在主軸上安裝相應(yīng)的設(shè)備使傳動(dòng)裝置與動(dòng)力源脫離能有效實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)裝置的穩(wěn)定性。第三，強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率與回轉(zhuǎn)工件的頻率基本一致，因此可以通過(guò)降低振源頻率的措施實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫振動(dòng)現(xiàn)象的減少?？刂普裨搭l率的措施主要包括以下幾個(gè)方面：首先，應(yīng)該使強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率與加工系統(tǒng)的固有頻率有效分隔開，以免發(fā)生共振現(xiàn)象，可以通過(guò)調(diào)節(jié)激振力頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)；其次，機(jī)械加工過(guò)程中加工系統(tǒng)的固有頻率可以在進(jìn)行加工設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)有效調(diào)整，以便使加工系統(tǒng)的各零件頻率與強(qiáng)迫振動(dòng)源的頻率存在較大差異，從而降低了加工過(guò)程中強(qiáng)迫振動(dòng)現(xiàn)象的產(chǎn)生；再次，機(jī)械加工過(guò)程中如果各零件之間存在間隙，將導(dǎo)致零件在加工過(guò)程中出現(xiàn)不平衡的現(xiàn)象，由此會(huì)造成離心力的產(chǎn)生，并導(dǎo)致強(qiáng)迫振動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生。因此通過(guò)調(diào)節(jié)各零件之間的間隙能有效減少振動(dòng)現(xiàn)象，并且使加工系統(tǒng)的頻率與機(jī)械設(shè)備的固有頻率分隔開；最后，調(diào)節(jié)加工系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，能有效改變加工系統(tǒng)的頻率從而與強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率區(qū)分開，從而有效避免共振現(xiàn)象的產(chǎn)生。

2.2 自激振動(dòng)控制措施

自激振動(dòng)是機(jī)械加工過(guò)程中出現(xiàn)頻率最高的振動(dòng)現(xiàn)象，主要是由于工藝系統(tǒng)內(nèi)部受到切削力的影響產(chǎn)生的?？赏ㄟ^(guò)以下幾個(gè)方面進(jìn)行自激振動(dòng)的防范：第一，選擇適當(dāng)?shù)牡毒邊?shù)。刀具與加工件之間發(fā)生摩擦?xí)r將導(dǎo)致振動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生，刀具的前角和主偏角對(duì)自激振動(dòng)的影響較大，因此可以適當(dāng)?shù)脑黾舆@兩個(gè)角度數(shù)，能有效減少振動(dòng)；第二，合理選擇切削用量。切削用量的增加將提高生產(chǎn)率，但同時(shí)會(huì)增加加工過(guò)程中的自激振動(dòng)現(xiàn)象，因此應(yīng)合理控制切削用量。另外控制加工設(shè)備的切削速度能有效控制自激振動(dòng)現(xiàn)象，對(duì)于某些要求不嚴(yán)格的工件可以進(jìn)行高速切削或者低速切削；第三，合理安排加工機(jī)床與加工件的位置，通過(guò)提高機(jī)械設(shè)備的剛度，能抑制加工過(guò)程的自激振動(dòng)現(xiàn)象，同時(shí)工件在加工過(guò)程中的加工程序不同，對(duì)振動(dòng)的影響也不同。為了加強(qiáng)機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定性，在工件切削時(shí)，應(yīng)該保證工件受力的方向與設(shè)備剛度的方向一致；第四，減少重疊系數(shù)。加工方式和切削用量對(duì)自激振動(dòng)現(xiàn)象的產(chǎn)生有重要影響，而重疊系數(shù)是由以上因素決定的。因此應(yīng)該根據(jù)以上因素減少重疊系數(shù)，具體措施表現(xiàn)為改變切削量以及刀具幾何參數(shù)等，從而提高機(jī)械加工過(guò)程中設(shè)備的穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

機(jī)械加工過(guò)程中將產(chǎn)生不同類型的振動(dòng)，并且產(chǎn)生的原因有所不同。機(jī)械加工過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)將對(duì)加工件的質(zhì)量和加工效率造成不利影響，因此應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)振動(dòng)產(chǎn)生的原因以及解決措施進(jìn)行研究，從而減少加工過(guò)程中振動(dòng)現(xiàn)象的危害，促進(jìn)加工件具有較高的精確度，能滿足人們生活的需求。

參考文獻(xiàn)：

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[2]劉建新，楊慶玲.機(jī)械加工過(guò)程中機(jī)械振動(dòng)的成因及解決措施[J].常州工學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，26（01）：6-9.