机械加工过程中振动产生的原因及预防措施的探讨

睢雪亮，马兆宾

(河南工业技师学院，河南 郑州450007)

机械加工过程中振动产生的原因及预防措施的探讨

睢雪亮1，马兆宾2

(河南工业技师学院，河南 郑州450007)

在当今，随着机械加工制造工业高速发展，对产品制造精度有着极近苛刻的要求，因此本文所探讨的机械加工过程中振动产生的原因及预防措施，也就有着非常重要的科学意义。

机械加工；自由振动；强迫振动；预防措施

一、机械加工中振动的种类

1.自由振动

在系统中，如果出现初始干扰力，往往会影响到系统的平衡状态，只能通过弹性恢复力完成维持振动，其就是自由振动。对于自由振动来说，其具有阻尼，因此一般都会逐渐地衰减，大约占5%的概率。

2.强迫振动

强迫振动指的是系统受到周期性激振力(干扰力)的持续影响而出现振动的现象，大约存在35%的概率。

3.自激振动

在系统中，其出现交变力而激发与维持所出现的振动，如果确定没有周期性的干扰时，一般属于自激振动，大约占65%的概率。

二、自由振动的简述

系统出现振动时，在外力的影响下，如果其偏离平衡点后可以自行按照固有的频率进行振动，并摆脱外力的影响，那么其就是自由振动。在理想的前提下，其还可以称为无阻尼自由振动。但是振子由于时间变化而受到外界刺激出现振动时，其则属于强迫振动。其中，在工程力学中，无论是距离刺激与力刺激，还是不平衡刺激，其都属于重要的组成因子。其振幅处于共振的环境下时，可以体现出最大值。而当无阻尼和刺激频率相等于固有频率时，其振幅可以无限大，而在阻尼增大的条件下，其与共振振幅属于反比例关系。

三、强迫振动产生的原因及预防措施

1.强迫振动产生的原因

（1）不平衡而导致离心惯性力的出现

在车床运转的过程中，其存在明显的质量偏心，如果机床处于高速旋转时，将会出现一定的离心惯性力，从而导致机床出现振动的现象。在一般情况下，其振动的频率和相关元件的转数保持一致。

（2）机床传动机构的缺陷

对于机床的部分零部件（特别是旋转类型），如果其在制造或者装配的过程中存在误差的现象，那么其在转动时往往会受到周期性干扰力的影响，从而出现强迫振动。另外，滚动轴承在制造时存在误差，V带厚度不符合要求等都会出现振动的现象。

（3）地基振动

在机械加工的过程中，如果地基出现振动现象时，其往往会把振动传导给机床，从而造成机床和地基出现同样的振动。其振动的幅度主要有两个层面的影响：一是周围机械设备的振动幅度。例如冲床、锻锤等设备。二是地基自身以及整个建筑物承载结构的谐振特性。

（4）部件惯性力而出现的振动

对于机床中具有往复运动的部件来说，其在换向的过程中由于惯性力往往也会出现一定的振动。另外，在液压系统中，当其液压件出现冲击现象时，也会出现强迫振动。

2.强迫振动的减小措施

（1）如果机床某一零件的转速达到600r/min以上时，那么其就属于高速回转的状态。在一般情况下，可以通过平衡调整、自动调节平衡装置的设置或增加减振装置等方式完成有效减振。

（2）对轴承、镶条等部位的间隙进行有效调整，使系统的频率得到转变，从而改变与激振频率一致的情况；而对于运动参数，在实际工作上可以有效减少，从而降低强迫振动的频率，使其离开机床加工薄弱模态的固有频率。

（3）增加传动部件的刚性或者稳定性。例如，对于车床与磨床来说，在一般情况下要尽量避免接头皮带的使用，对于传动的皮带则需要保持其长短的一致性。另外，如果符合条件要求，可以利用斜齿轮有效代替直齿轮，而在主轴上进行飞轮安装等办法也较为常用。

（4）对于精密磨床来说，要减少齿轮泵的使用，在一般情况下可以利用叶片泵来代替。

（5）对于高精度的机床来说，在一般情况下，其动力源和机床本体要尽量分别安置在两个基础上，从而实现有效的隔振工作。

四、自激振动产生的原因及预防措施

1.自激振动产生的原因

（1）在进行切削时，切屑和刀具，或刀具和工件之间产生摩擦，其在不断变化的过程中，容易引起振动。

（2）对于切削层来说，其金属内的硬度存在不均匀的现象时，也会引起振动。

（3）所选用或安装刀具的刚性较差时，也会引起振动。例如，刀杆的尺寸过小或者安装伸出量超出时，往往导致刀杆出现颤动的现象。

（4）如果工件的刚性较差时，往往也会引起振动。例如，对细长轴进行加工时，由于其刚性较差而造成表面产生波纹或者圆锥度，从而引起振动。

（5）对于切削量的选择不合适时，往往也会导致振动的出现。

2.自激振动的减小措施

（1）重叠系数μ容易直接影响到再生效应，因此在一般情况下要积极降低。而对于重叠系数来说，其数值的大小由加工办法、刀具形状以及切削的用量大小等因素决定。

（2）在使用刀具时，要正确调整其几何参数，其中主偏角κr与γo对加工振动的影响较大。在实际工作上，可以增大前角与主偏角，进而降低振动现象。而后角则需要适度降低，但是在进行精加工时，由于其切削的深度往往较小，如果减少后角时，其刀刃较难完成工件切入的同时，还容易引起刀具和加工表面之间出现摩擦加大的问题，而出现这样的问题时，其振动问题将越发增大。因此在一般情况下，需要对刀具的主后面进行磨切，从而让后角的一段形成负的窄棱面，降低工件与后刀面的摩擦阻尼。

（3）正确把握切削的用量。例如在一般情况下，对进给量要较大选用，而切削深度则进行一定程度的减少，从而有利于降低振动。

（4）在条件满足的前提下，要不断增强机床的抗振能力，例如，减振装置的选用。

五、结束语

综上所述，经过相关分析与探讨后，可以知道机械加工出现振动的原因较多，在实际工作上较为容易受到相关复杂因素的影响。因此一定要把握好其出现振动的主要原因，并通过相应的有效对策，不断降低客观环境上存在的不利因素。另外对于现阶段来说，其相关措施还不完善，如果想要完全消除机械加工上的振动问题时，还需要更为深入的研究工作，因此希望相关人员加大研究力度。

[1]卢秉恒主编.机械制造技术基础[M].机械工业出版社,2007.

[2]冯之敬主编.机械制造工程原理[M].清华大学出版社,2002.

[3]裴艳梅.机械加工过程中的振动和防止方法[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2008.

[4]田前奎黄平.浅析机床加工中的振动及控制措施[J].广东化工2013.

（编辑 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，河南省安阳市，河南科技学院机电技术教育专业毕业，本科，讲师，机械教研室主任。主要研究方向：机械加工制造技术。