机械加工过程中机械振动的成因及对策分析

2018-06-28陈永生

中国设备工程 2018年12期

陈永生

（苏州华旃航天电器有限公司，江苏苏州 215129）

目前，我国在机械加工行业中存在的主要问题就是振动，也就是在机械加工生产的过程中产生的较大振动与噪音，这对生产的效率与质量都产生严重的影响。由于振动环境的影响，生产出来的机械产品其精度就会下降，甚至低于规范的标准要求。因此，为了确保机械加工的生产效率，需要根据机械加工生产的特点与要求，对其振动的原因进行分析，通过研究采取科学的防范与改善措施，提高机械加工生产质量。

1 机械加工振动造成的危害

在机械生产的过程中，经常会出现振动问题。振动对于工业生产具有严重的危害。尤其对加工过程中的质量影响，使加工零件的表面粗糙度提高，甚至出现纹路的瑕疵问题。由于加工过程中出现的振动问题，对于刀具与工件的位移也会产生影响，造成刀具在加工使用的过程中，难以对精准度进行控制。机械加工中产生的振动对切削刀具的质量产生影响，振动的过程中，刀具不能正常的进行工作，这样就会对其工作质量造成影响，使刀具承受其他外力，造成切削热的逐渐增加，造成刀具的损坏情况越来越严重。另外，机械加工过程中的振动对机床与工装夹具也会产生明显的影响，使元件之间的连接出现松动，元件之间的间隙也会越来越大。由于振动造成夹具与机床零件的磨损，其加工的精准度与质量就会下降，进而降低元件的使用时间。机械加工振动还会对生产效率与操作环境等产生影响。降低机械加工中的振动，能够提高其加工的质量与生产效率。

2 机械振动成因分析

2.1 强迫振动及形成原因

机械加工过程中产生的机械振动有很多种原因，其中一种为强迫式的振动，这种振动主要是在周期外力作用的影响下，逐渐形成的受破振动，是一种驱动力。具体的强迫振动主要有以下几方面的特征：第一，强迫振动的自身对于干扰力并不会产生影响作用，与机械设备的使用也没有直接的关系，一般情况下在施工技术的作用下，强迫振动现象就会消失。第二，机械加工中的强迫振动频率与外界干扰力周期的频率是非常接近的。也有一些情况下，振动的频率是干扰力周期频率的整倍数的关系。第三，强迫振动还可能使机械出现共振的现象，从而影响到机械设备的正常工作。第四，强迫振动与外界的干扰力之间呈正比的关系。如果外界的干扰力逐渐的增大，强迫振动的振动幅度就会随着增加。机械加工过程中的强迫振动现象形成的原因主要有内部原因与外部原因两种。其中的内部原因主要是机械在运动的时候会产生离心力，并在惯性的作用下，产生振动的现象出现。机械加工设备中的砂轮、电机转子等零部件处于快速运转的情况下，会出现失衡的现象。由于失衡现象的发生，就会产生离心力，这是造成强迫振动现象发生的内部原因。另外，内部原因与机械加工的时间间隔也有必然的联系。零部件在加工的过程中，具有一定的节奏性变化，机械加工周期性的增加也是内部原因形成的因素之一。而外部因素主要是机械在加工的过程中受到环境的影响。如果机械加工的单位内有不同的设备在运行，这样就会引起强迫机械的振动现象发生。

2.2 自激振动及形成原因

所谓的自激振动就是指在净能源能量不断的作用下，形成的一种高频率周期性的振动现象。机械加工中的自激振动具有自身明显的特点：首先，自激振动现象的发生与外部作用力之间没有很大的关系；其次，振动频率与零部件加工的固定频率接近；再次，产生自激振动现象之后，机械会随之形成一种周期性的变化，而且这种变化也会持续。在自激振动中可以获得一定的力量，这样才能保证振动现象的维持，如果自激振动情况出现了中断，这种力量就会慢慢的消失。机械加工中产生自激振动主要有以下几方面的原因：第一，机械加工过程中处理的零部件具有较强的硬度，随着加工工作的进行，设备中的刀具与零部件之间经过长时期的接触、摩擦，从而造成崩刀的情况出现。第二，刀具在施工的过程中与零部件之间接触，一但刀具的质量较差，刀具自身的刚性就会不足，从而在刀杆的位置出现自激振动情况的发生。第三，刀削量与实际的加工情况不一致，造成整个机械加工的过程中不能安全生产，最终导致自激振动情况的发生。

2.3 自由振动及形成原因

最后一种振动形式就是自由振动。自由振动在机械加工的过程中最为常见，造成自由振动的原因也比较简单。产生自由振动的主要原因就是机械加工过程中切削力对机械整体造成的影响，然后产生了自由振动现象。另外，一些外部环境的影响也会造成自由振动现象的产生，在外力的影响下，机械就会产生振动现象。一般情况下，自由振动现象发生之后，外力的作用并不会对其进行能量的补充，所以，自由振动现象出现的情况不会持久，很难形成周期性的振动现象。相比与前面的两种振动形式，自由振动对机械的加工使用情况产生的危害是最小的。

3 机械加工过程中机械振动的解决措施

3.1 降低强迫振动的解决方法

有效的降低强迫振动，是保证机械加工正常运行的措施。第一，降低激振力。所谓的激振力就是在机械加工零部件的过程中，由于转动的速度问题产生不平衡的现象发生。若想降低机械加工的激振力，就需要采取有效的措施掌控机械的转动速度，降低不平衡问题产生的冲击力与离心惯性力。在具体的加工过程中，技术人员对相应的电机转子、高速运转元件等进行科学的调控，与此同时，还可以安装平衡装置，增加设备的稳定性能。第二，对振源的频率进行调试。机械在进行加工的过程中，对振源的频率进行有效的调试，能够减少发生共振现象。其中主要的调试对象就是设备内部的零件调试工作。第三，对外来的振动进行有效的隔离。在实际的机械加工过程中，条件允许的情况下，需要采用隔离外来振动的措施，防止振动的危害。也可以在机械的下面增加软性的垫板，起到防振的作用。

3.2 降低自激振动的办法

有效的降低机械加工过程中出现的自激振动，对于机械加工的施工效率与施工质量都产生了重要的影响。具体的改善措施主要有：首先，合理的选择加工刀具。在实际的生产过程中，使用的刀具对自激振动具有重要的影响，因此相关的技术人员需要选择使用合理的刀具。也可以针对前角与主偏角进行扩大，这样可以大大的降低振动。其次，对机械设备零件的位置进行科学的布置。由于自激振动产生的原因特殊性，一旦在机械内部的零件安装出现不合理，就会影响自激振动现象的发生。所以作为相关的技术人员应该对机械中的零部件进行合理的布置。并且还需要技术人员具有较强的专业知识与实践经验，这样可以提高机械加工布置的科学与合理。最后，有效地降低重叠的系数。重叠系数影响着整个系统的再生效果，重叠系数根据加工的主要形式，使用刀具的纹理形式与切削工作等都是影响系数的主要因素。通过实践证明使用螺纹式的零部件进行加工，可以有效的减少自激振动现象的出现。从而降低重叠系数，保证机械加工生产的安全与质量。

3.3 自激机械振动解决措施

针对机械加工中的自激振动，需要对其振动的幅度、影响的范围与振动产生的性质进行准确的判断，这样才可以有效的解决问题。具体的措施有：首先，对振源进行确定。针对自激振动现象的发生，对机床中的零部件进行空转试验，找到振源的位置，并对相应的零部件进行检查，同时还要综合外力作用与参数等情况进行综合的判断。其次，选择合适的刀具，对刀具的参数进行确定。确保刀具与零部件之间的关系，对刀具参数进行合理的配置，能够有效的降低自激振动的产生。最后，对切削的用量进行明确，并且对切削的深度与速度等参数进行有效的调试，这样可以提高机械加工的整体效率。另外，自激振动与机械自身也有一定的联系，提高机械的刚度，也能够有效的提高自激振动的高强度。