浅谈减小机械加工振动的措施

宋丽群

摘 要 在机械加工中产生的振动都具有强迫振动和自激振动，这与机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统有关。本文详细分析了车削加工中振动产生的原因，并从刀具、夹具、切削工艺等方面提出了减小振动的措施。

关键词 自激振动 强迫振动 消振措施

中图分类号：GTH113.1 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2014）10-0042-02

现代人对生活品质要求越来越高，所以对使用的零件产品要求也越来越高。而在零件的加工过程中即使是机床的小小震动都会影响零件的使用要求。在车削加工中产生的振动，不但影响被加工件的表面质量，还会缩短机床及刀具使用寿命。而且产生的噪音可能会影响操作者工作情绪，对正常工作带来一定负面影响；而为了减少振动，往往不得不减少加工时的进刀量，从而降低了生产率。所以，研究机械振动问题对机器的使用和设计都具有极其重要的实际意义。

一、振动原因分析

1.自激振动

我们把车削过程中出现的在没有外力作用下，由系统内部激发及反馈的相互作用而产生的周期性振动视作为自激振动，其主要原因是加工过程中工件及刀架系统变形产生低频振动以及车刀的变形产生的高频振动。这类振动常常使硬质合金刀片碎裂并使机床尾座、刀架松动，且在工件切削表面留下较细密的痕迹。

2.强迫振动

由外界持续激振力引起的，并且在车削过程中始终作相应的维持的振动称为强迫振动。其主要原因是电机、工件、轴承及机床夹具的偏心量产生的离心惯性力引起的振动和机床中的传动机构在制造和装配过程存在的缺陷引起的振动。这种振动一般不会自行进行衰减，反而会逐渐引起机床的共振，对加工过程会产生许多不必要的影响。

二、防止和消振措施

1.系统发生低频振动时，主要是由于Y方向的振动引起了切削力的变化，便得F趋远>F趋近，而产生了振动。针对振动的特点，提出相应的消振措施：

（1）减小切削速度，增大主偏角、前角。车削时，一般当v=30～70m/min速度范围内，容易产生振动，因此选择车削速度时应避开出现切削力随速度下降的中速区，在高速或低速范围进行切削，自振不易产生。适当增大刀具前角€%＼和主偏角K€%＼，切削分力Fy会减小。因此，适当增大刀具主偏角和采用双前角消振刀，会增加副切削刃与已加工表面的接触长度，提高刀具耐用度，减小表面粗糙度值，可以消除或减小振动。

（2）当切削深度和进给量不变时，适当减小刀具的后角；在后刀面上磨出消振棱；适当使刀尖高于（车外圆）、低于（樘内孔）工件中心线，以获得小的工作后角，可以减小径向切削力和抑制振动。其特点是刀尖不易切入金属，且后角小，有减振作用，切削时稳定性好。

（3）要避免宽而薄切屑的切削，不然很容易产生振动。在工件表面粗糙度参考值要求较低，机床有足够的刚度，足够的电机功率时等情况下，适当增大进给量和减小切削深度也有助于抑制振动。

（4）在车削时采用弹性顶尖而不采用死顶尖，避免顶力过大造成工件弯曲或顶力大小起不到支承作用使工件摆动，并注意尾座套筒悬伸不能过长。

（5）用三爪或四爪夹紧工件时尽可能使工件回转中心和主轴回转中心的同轴度误差最小，避免工件倾斜而断续切削或不均匀切削造成切削力的周期性变化所产生的振动。

（6）定期检查中拖板和大拖板、小刀架与中拖板之间燕尾导轨的接触情况，调整好斜镶条间隙，避免刀架移动时出现爬行。

2.高频振动振动频率很高，产生的噪音尖锐刺耳，车削时，由于工艺系统的振动，在加工件表面留下的痕迹细而密。从以下几个方面加以防止：

刀具是产生振纹的主要原因。主要由于后刀面磨损较大，刀具后面与工件之间摩擦的下降性能引起的。要合理选择刀具几何参数，经常保持切削刃光洁﹑锋利。增加刀柄的截面积，减小车刀悬伸长度。加强车刀及刀杆的抗弯刚度，及时更换后刀面磨损较大的刀具。装刀具时，应保证刀杆与工件旋转中心垂直，紧固时要施力均匀，避免刀杆受力不平衡而弯曲产生振动。

工件方面增加工件的安装刚性，例如将装夹工件悬伸长度尽量缩短，只要满足加工需要即可。

切削用量方面选用较小的切削深度和进给量。

3.强迫振动消除方法：

（1）减少激振力，主要是消除或降低不平衡引起的离心惯力及断续车削时的冲击力。提高机件的加工，装配质量，改变运行条件。

（2）增加阻尼和提高工艺系统刚性，这是防止振动的积极措施，有些部件可尝试刚性软接触，消除表面不连续，加工余量不均匀，工件不平衡等周期切削冲击力，配以阻尼器及减振装置消振，常用的隔振材料及隔振器有橡胶隔振器、泡沫橡胶、毛粘等。

（3）提高传动装置的稳定性，如在车床或磨床上采用少接头、无接头皮带，传动皮带应选择长短一致。用斜齿轮代替直齿轮，在主轴上安装飞轮等。

（4）其它辅助措施，如：改变装夹工件的方法，改变进刀方向，使用中心架、跟刀架等方法来达到防止消振的目的。

通过这一系列针对机械加工过程中产生的不同振动，在分析产生振动的原因后采取相应的措施，可明显减小车削过程中的振动，提高了工件表面质量和劳动生产率，延长了刀具的使用寿命。

参考文献：

[1]陈宇.车工技师、技能[M].北京：中国劳动和社会保障出版社，2003.

[2]彭德荫.车工工艺与技能训练[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2001.

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