机械加工过程中机械振动的成因及解决措施研究

庞单舒，王倩

（武汉雷神特种器材有限公司，湖北 武汉 430200）

机械加工过程中机械振动的成因及解决措施研究

庞单舒，王倩

（武汉雷神特种器材有限公司，湖北 武汉 430200）

当前机械加工工艺水平日渐成熟，所制造的零部件质量不断提高，成为我国机械化水平进步的重要前提与保证，但是在机械加工过程中存在有不足之处，尤其是机械振动问题将对正常的机械加工造成较大影响。基于此，本文针对机械加工过程中机械振动现象及其形成的原因展开分析，主要包括自由振动、强迫振动以及自激振动三个方面，在此基础上进一步探索了解决机械振动的应对策略，旨在通过这一方式来缩减机械振动对于机械加工所产生的负面影响，保证机械加工过程的有序展开。

机械加工；机械振动；强迫振动；自激振动

随着现代科学技术水平的不断提高，各种先进技术不断应用各个行业领域内，其中数控技术在机械加工当中开始得到应用，使得机械加工的精准性不断提高，缩短了机械加工的时间，提高了工作效率。但与此同时应当注意的是，机械加工过程中，刀具、零件两者之间进行持续性接触，而长时间的运动导致了机械振动现象的形成，甚至会导致机械设备的工艺质量下降。在此背景下，需要围绕机械振动这一问题展开探索，而这对于机械加工技术领域的成熟发展具有十分积极的意义和影响，要引起行业内的广泛重视。

1 机械加工过程中机械振动及其形成原因

1.1 强迫振动及形成原因

机械加工过程中机械振动的形成受到多方面因素的影响，其中强迫振动是其中的重要因素之一。强迫振动指的是在周期性外力作用下，形成的受破振动，是一种驱动力，主要具有以下典型特征：第一，强迫振动自身对于干扰力并不会产生影响，并且与机械加工之间的关系并不显著，通常情况下在技术工艺的作用下，强迫振动现象得以终止；第二，强迫振动的频率与外界干扰力周期的频率是十分相近的，也有部分情况下振动频率是干扰力周期频率的整倍数；此外，强迫振动可能诱发机械共振现象的形成，进而也会对机械正常作业造成干扰；最后，强迫振动与外界干扰力之间的关系是正相关，当外界干扰力越大，强迫振动的振动幅度也相应提高。

强迫振动现象的形成原因可以分为内部原因、外部原因两个方面。首先内部原因指的是机械运动时会形成离心力，在惯性作用下产生了振动现象，具体表现为，机械加工设备中的砂轮、电机转子等零部件处于快速运转状态下，会出现失衡现象，正是在不平衡状态的干扰下，才使得离心力出现，成为强迫振动现象形成的内部因素。除此之外，内部原因与机械加工时间间隔有关，零部件加工的整个过程中，存在有节奏性的变换情况，机械加工增添了周期性，而这也是强迫振动的内部形成原因。其次，从外部原因方面来看，机械加工受到周围环境的影响，如果在机械加工范围内有其他设备在运行过程中，同样会引起强迫机械振动，例如冲床、空压机等大型设备。

1.2 自激振动及形成原因

自激振动指的是在静能源能量持续作用下形成的一种高频率周期性振动现象。自激振动具有自身显著的特征：自激振动现象的形成与外部作用力之间并无关联；振动频率接近于零件加工时的固定频率；当自激振动现象产生后，机械会随之形成具有周期性变化，并且这一变化将会持续，而自激振动能够从中获取力量，使得振动现象得以继续，自激振动现象中断后，这一能量供给将随之消失。

自激振动形成的原因主要与几个方面有关：第一，机械加工时所处理的零部件硬度较高，而机械加工设备中的刀具在与零部件长时间接触之后，产生崩刀的情况，由此引起刀具自激振动情况出现；第二，刀具与零部件之间需要长时间接触，如果刀具质量差，刀具本身的刚性不足，在刀杆的位置会产生自激振动的现象；第三，刀削量与实际情况并不相符，无法适应整个机械加工过程，从而也会导致自激振动现象的产生。

1.3 自由振动及形成原因

自由振动现象在机械加工过程中极为常见，并且其产生的原因也较为简单。自由振动的形成原因在于机械加工时的切削力对机械整体造成波动，随之引起自由振动现象的产生；此外，外部环境同样是导致自由振动形成的相关性因素，在外力作用下会导致机械振动现象的产生。通常情况下，自由振动现象产生后，外力作用不会对其进行能量的补充，因此自由振动现象力度不持久，难以形成周期性，与自激振动与强迫振动相比，自由振动对于机械运行情况所产生的影响是最低的。应当引起注意的是，尽管自由振动对机械加工过程的干扰程度相对较低，但是自由振动是自激振动形成的潜在诱因，同样需要引起重视。

2 机械加工过程中机械振动的解决措施

通过以上分析可以发现，尽管当前机械加工整体工艺处于不断进步过程当中，但其中同样存在有弊端和不足，需要采取针对性的措施，而在机械加工过程当中，自由振动的占比远远低于其他两种，并且自由振动的幅度低，持续时间短，能够自然衰退，对机械加工所产生的影响较为微弱，因此机械振动解决措施通常探讨强迫性机械振动与自激振动成因的应对策略。

2.1 强迫机械振动解决措施

为了解决机械加工过程中的强迫振动问题，应当从几个方面入手来解决问题。第一，控制外来振源头的影响，避免其他大型设备对机械加工过程产生干扰，而是要营造相对安静、空间充足的环境，将电动机，油泵等动力源头与机械生产区域隔离开，可以使用隔离性较强的一些材料，例如弹性模板等，将机械加工机床与地基之间建立隔断，或者设置防振沟等，均能够将机械与振源切断；第二，控制激振力，降低不平衡现象的发生，确保机械加工系统的稳定性，例如在系统内安装自动平衡设施，对系统平衡性进行控制，并且要使用质量过关的设备，保证设备安装的精准度，避免出现失衡现象。同时在提高机械精准度的基础上，也需要技术人员积极采取措施，对零部件的加工过程进行严密的观察，适时展开平衡调节措施等；第三，对振源的频率进行控制，通过对振源频率的调整，激振力频率与系统固有频率之间不会产生共振现象，从而也能够避免强迫振动现象的形成，例如，机械设备设计过程中，就应当保证零部件之间的频率与固有频率之间存在差异；对机械设备的主轴、电机运转速度进行调整，与共振区域相交错，从而也能够避免产生共振现象，最终避免强迫机械振动情况的出现。

2.2 自激机械振动解决措施

解决自激振动问题，应当对振动的幅度、波及范围以及振动产生的性质等相关情况进行分析，从而才能够从根本上解决问题。第一，应当明确振源。针对内部自激振动现象，需对机床部件做空转试验，进而寻找振源，而针对高危零部件也需要展开评估，并综合考虑外力作用、参数等评估结果来明确振源；第二，选择合适的刀具，明确刀具参数，刀具与零部件之间密切接触，并且也是自激振动形成的因素，而合理的刀具参数能够降低自激振动的产生，尤其是要明确主偏角、前角等参数必须满足切削的实际需求；第三，明确切削用量，调控切削深度、速度等参数，并对其进行合理搭配，当这些参数提高后，机械加工的整体效率得以提升，并且在切削深度低，进给量大的情况下，自激振动才能够得到有效控制。此外，自激振动的形成与机械本身存在关联，针对这一情况需要增强机械的刚度，以此来适应自激振动的高强度，例如预先处理接触面，增强预紧力，确保高顶尖孔的质量，或者在系统内安装减振装置等。

3 结语

综上所述，随着科学技术水平的日渐提高，机械化程度也不断提升，其中机械化加工工艺也得到进步。但在此过程中必须要引起重视的是，机械化加工时会出现有机械振动的现象，进而对整个机械加工过程的稳定性造成威胁。自激振动与强迫振动对于机械加工过程的影响较为显著，需要采取相应的解决措施，根据实际情况选择合理的刀具，明确切削用量，控制振源头的频率，将外来振源的影响缩减到一定范围内，最终能够为机械加工营造更加稳定的环境，提高机械加工的水平。

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1671-0711（2017）10（上）-0073-02