机械加工过程中机械振动的成因及解决措施

王俊阳

摘 要：机械加工在日常生活中应用较为广泛，并且人们对机械加工出的工件质量要求越来越高，而在机械加工工程中，振动现象将对加工件质量造成不良影响。本文围绕机械加工过程中产生振动的原因及其特征、降低机械振动的措施两个方面展开讨论，从而降低机械加工过程中的振动现象，减少加工过程的噪音影响，并能保证加工件的质量。

关键词：机械加工；自由振动；强迫振动

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

0 前言

随着社会的发展，对加工件的质量要求越来越高，而日常生活中通常应用到的工具都是有机械加工来实现的。在机械加工过程中，加工件和刀具之间会发生摩擦，因此不可避免的发生振动现象，将降低了加工件的精准度，从而不利于加工件在生活中的实际应用。因此应该加强对机械加工过程中振动产生的原因进行研究，并采取相应的解决措施。

1 机械加工过程中产生振动的原因及其特征

1.1 自由振动产生的原因

在机械加工过程中，自由振动是最简单也是最容易产生的振动，引起自由振动的原因主要包括以下几个方面：第一，在机械加工的过程中，刀具的往复运动会施加给加工件切削力的作用，而在切削力发生改变时，机械加工过程中产生振动现象；第二，在进行机械加工时，机械设备可能受到外界力的作用，从而对机械设备造成一定的冲击，引起自由振动。机械加工过程中的自由振动现象的发生一般是由于力的作用，而在自由振动的过程中不存在外力的增加，因此自由振动现象会由于阻力的存在而逐渐减弱。由此可见，自由振动对机械加工过程造成的影响较小并且容易消除，但是自由振动是引起自激振动的一个原因，在一定的条件下机械加工过程中会出现自激振动现象，对加工件的质量有不利影响[1]。

1.2 强迫振动产生的原因

产生强迫振动的原因包括以下两方面：第一，由于离心惯性力的影响。在机械加工过程中，转轴、皮带轮以及一些回转工件在加工过程中会由于机械加工速率较快，导致这些部件出现不平衡的现象，从而将产生离心力，而离心力的产生是造成强迫振动发生的重要原因，振动的频率与受到向心力作用的工件的转速大致相同；第二，如果机械设备本身存在缺陷，会导致强迫振动现象的发生，主要与机械设备中的旋转零件有关，当旋转零件出现尺寸误差的时候，将导致各零件之间结合不紧密，从而零件在加工过程中失去平衡，受到离心力的作用，进而引起强迫振动。

1.3 自激振动产生的原因

自激振动是发生频率较高并且较为强烈的一种振动。振动产生的原因受到多种因素的影响，例如加工材料的硬度分布不均匀、加工余量改变等因素将引起系统振动，而系统振动将导致加工件与刀具之间位置发生变化，从而引起切削力，产生自激振动。

2 降低机械振动的措施

2.1 减少强迫振动的措施

强迫振动产生的原因主要是各零件受到离心力有关，振动的频率与受到的干扰力的频率处在同一水平，因此应该通过找出强迫振动源来消除振动。可从以下几个方面进行强迫振动的消除：第一，减小激振力。激振力的产生将对机械加工过程造成不利影响，而激振力的产生是由于机械加工过程中部分零件由于运转不平衡产生的，因此减少激振力的关键在于减少回转零件的不平衡现象，从而减少离心惯性力的作用[2]。第二，传动装置的稳定性的提高也有利于降低强迫振动现象。通过使用斜齿轮，并且在主轴上安装相应的设备使传动装置与动力源脱离能有效实现传动装置的稳定性。第三，强迫振动的频率与回转工件的频率基本一致，因此可以通过降低振源频率的措施实现强迫振动现象的减少。控制振源频率的措施主要包括以下几个方面：首先，应该使强迫振动的频率与加工系统的固有频率有效分隔开，以免发生共振现象，可以通过调节激振力频率来实现这一目标；其次，机械加工过程中加工系统的固有频率可以在进行加工设备设计时有效调整，以便使加工系统的各零件频率与强迫振动源的频率存在较大差异，从而降低了加工过程中强迫振动现象的产生；再次，机械加工过程中如果各零件之间存在间隙，将导致零件在加工过程中出现不平衡的现象，由此会造成离心力的产生，并导致强迫振动现象的发生。因此通过调节各零件之间的间隙能有效减少振动现象，并且使加工系统的频率与机械设备的固有频率分隔开；最后，调节加工系统的运动参数，能有效改变加工系统的频率从而与强迫振动的频率区分开，从而有效避免共振现象的产生。

2.2 自激振動控制措施

自激振动是机械加工过程中出现频率最高的振动现象，主要是由于工艺系统内部受到切削力的影响产生的。可通过以下几个方面进行自激振动的防范：第一，选择适当的刀具参数。刀具与加工件之间发生摩擦时将导致振动现象的发生，刀具的前角和主偏角对自激振动的影响较大，因此可以适当的增加这两个角度数，能有效减少振动；第二，合理选择切削用量。切削用量的增加将提高生产率，但同时会增加加工过程中的自激振动现象，因此应合理控制切削用量。另外控制加工设备的切削速度能有效控制自激振动现象，对于某些要求不严格的工件可以进行高速切削或者低速切削；第三，合理安排加工机床与加工件的位置，通过提高机械设备的刚度，能抑制加工过程的自激振动现象，同时工件在加工过程中的加工程序不同，对振动的影响也不同。为了加强机械设备的稳定性，在工件切削时，应该保证工件受力的方向与设备刚度的方向一致；第四，减少重叠系数。加工方式和切削用量对自激振动现象的产生有重要影响，而重叠系数是由以上因素决定的。因此应该根据以上因素减少重叠系数，具体措施表现为改变切削量以及刀具几何参数等，从而提高机械加工过程中设备的稳定性。

3 结论

机械加工过程中将产生不同类型的振动，并且产生的原因有所不同。机械加工过程中产生的振动将对加工件的质量和加工效率造成不利影响，因此应该加强对振动产生的原因以及解决措施进行研究，从而减少加工过程中振动现象的危害，促进加工件具有较高的精确度，能满足人们生活的需求。

参考文献：

[1]李笑林.机械加工过程中机械振动的成因及解决措施[J].经营管理者，2017（01）：306.

[2]刘建新，杨庆玲.机械加工过程中机械振动的成因及解决措施[J].常州工学院学报，2013，26（01）：6-9.