机械加工过程中机械振动的成因及解决措施

聂洪轩

摘  要：在机械加工过程中，机械振动会影响到机械产品加工的质量，加快设备的损坏。但机械振动现象是无法完全避免的。所以，技术人员只能采取有效的措施，尽量控制机械振动，从而降低机械振动对机械加工的影响。该文就此展开了讨论，先是结合实际深入分析了机械振动的成因，然后重点阐述了解决自激振动、强迫振动的措施。

关键词：机械加工过程;机械振动;成因;解决

中图分类号：TH161                 文献标志码：A

机械振动是一种非常常见的机械加工现象，主要就是指加工工件、设备等振动。机械振动对机械加工非常不利，轻则导致刀具松动，加工产品尺寸发生变化，重则出现各种划痕，导致产品成为废品。最重要的是机械振动还会加速刀具磨损，导致刀刃损坏。显然，为了保证机械产品加工质量，延长刀具的使用寿命，必须采取有效的措施，防治机械振动现象的发生。

1 机械振动的成因

1.1 自由振动

造成机械自由振动的原因包括：第一，在机械加工过程中，切削力会影响到刀具的波动，进而产生自由振动现象。第二，在机械加工中，相关设施受到了外力冲击，进而给刀具带来了振动。

1.2 强迫振动

强迫振动的产生原因主要是受到内部因素和外部因素的影响。其中内部因素包括：离心惯性力影响、传动机结构存在缺陷、机械加工具有间歇性特点等。外部因素主要就是指工艺系统不够成熟，存在一定的缺陷。

首先，在离心惯性力影响方面，主要就是指电动机的转子、联轴节、砂轮等工件在高速运转过程中，可能会造成机械系统失去平衡。一旦失去平衡，整个体系就会产生离心惯性力，进而引发强迫振动问题。在这一过程中，元件转速与体系振动频率是相等。其次，在传动机结构缺陷方面。若旋转零件装配不合适、尺寸不合适就会造成干扰力，进而引发强迫振动。最后，在工艺系统因素方面。主要包括：第一，地基振动。主要是指机械设备振动引发的地基振动，象大型空气压缩机、锻锤和冲床等设备。第二，运动工件惯性力引发的强迫振动。象液压件在往复运动中会产生冲击力，一旦换向，就會引发强迫振动现象。

1.3 自激振动

自激振动的产生原因包括以下2种：第一，工件之间的摩擦引发的自激振动。象刀具、零部件之间的不断摩擦，会使刀具发生颤动，进而引发自激振动。第二，工件硬度不均匀会导致崩刀问题，进而引发自激振动。第三，刀具刚性差，导致刀杆出现颤动，也会造成自激振动现象。第四，在加工细长轴工件时，加工工件的刚性太差，在局部受到加工力时，其他部分无法固定，就会造成加工工件的波动，导致自激振动。自激振动的特点是振动频率不会受到外力的影响。

2 解决机械振动的措施

据有关数据研究表明：机械加工过程中，强迫振动的发生率约为30%，自激振动的发生率约为65%，自由振动的发生率只有5%。而且自由振动会逐渐衰减。但其他2种机械振动现象并不具备自然衰减的特征。所以，在制定机械振动的解决措施时，可重点从自激振动、强迫振动2个方面入手。

2.1 强迫振动的解决措施

从上述成因分析结果来看，造成机械强迫振动的关键原因就是外力影响。所以，若要解决强迫振动，就可从外力控制方面入手。但强迫振动的预防还需结合振源、振动规律。首先，强迫振动的振动源来自于外部。所以，可采用环境实验、现场拾振等方法寻找振动源。其中现场拾振法是指利用速度传感器、力传感器搜集已经出现的振动信号频率，并进行频谱分析，明确振动频次。环境实验法则是指在停机状态下，进行振动信号的搜集、分析，进而挖掘出振动频率成分。在确定振源、振动规律之后，就可采取以下措施预防强迫振动。

第一，采用分离外部振源的方法。具体来说，在机械产品加工过程中，将油泵、加工设施、电动机等动力设备隔离开，从将振源隔离开。或者还可以采用厚橡皮、弹性木板、硬胶皮垫等材料，隔离开振动设备。象将弹性木板、硬胶皮垫在磨床砂电动机底座、垫板之间，以消除电动机的振动影响。另外，还可在机床触地位置设置防振沟，使机床与地基分离，从而消除自激振动。第二，采用协调振源频率的措施。也就是尽量避免机械振动频率与机械加工体系的振动频率相同，产生共振问题。具体可采取以下措施：在机械加工设备设计之初，就应优化设备结构，预防共振现象的发生;如果在机械产品加工体系频率已经确定，则可改变机械设施自振频率。另外，在设置电动机、主轴转速等参数时，应考虑共振现象。第三，还可采用增加系统阻尼的方法，提高系统的刚度、稳定性。象采用加装阻尼设备、喷涂阻尼材料、填充阻尼材料等措施。需要注意的是对于不同的机械加工工件，要采取不同的处理措施。如果是机床主轴，则可加装电流变液阻尼器;如果是支撑件的零部件臂，则可向其中添加合适的阻尼材料;如果是承受弯曲振动的零部件，则可向其表明喷涂黏性材料。这样就能有效提高系统结构刚度，从而有效消除强迫振动的影响，保证机械产品加工质量。

2.2 自激振动处理措施

在自激振动处理时，可从机械设备本身入手，采用有效的处理措施。首先，科学确定刀具的几何系数。具体来说，是依据刀具使用需求进行挑选。需要注意的是要重点确定刀具的前角、主偏角系数。这2个几何系数对自激振动的影响最大。所谓前角是指前刀面与基面间的夹角。主偏角是指主切削刃在基面的投影、进给方向的夹角。一般情况下，若主偏角加大，则前角也会变大，振幅就会减少。所以，要尽可能地加大主偏角。但是要注意控制前角大小。因为前角过大，有可能会削弱刀刃的强度，造成刀刃的损坏。另外，还应当合理选择后角系数。在确定刀具后角系数的基础上，要尽可能地选择较小的后角系数。这样才能有效消除机械振动大对机械产品加工的影响。

其次，要科学地选择切削用量。切削用量包括切削深度、进给量和进给速度。3个指标是相互影响的，若其中一个指标增加，则其他指标就会减少。所以，为了保证机械加工质量，应合理选择切削用量参数。考虑到自激振动的特点，可降低切削深度，增加进给量，并选择高速或低速切削。这样才能有效消除自激振动。

最后，采用减振措施。如果机械体系具有良好的耐振属性，也能消除自激振动的影响。所以，可适当提高机械体系的刚度，从而使其能够应对自激振动的振动强度。具体可采取以下措施：第一，提前处理接触面。可采用喷涂、烤漆、镀锌、喷油、染黑等处理措施。第二，合理调节转动体系的轴承缝隙。具体可参照相关标准。第三，可适当地增加运作轴承的预紧力。第四，要尽可能地提高顶尖孔的打磨质量。第五，可采用减振设备。象使用阻尼器，消除自激振动。但是需要注意的是阻尼器主要就是利用固体、液体的阻尼消除自激振动，其使用效果与其自身的运动速度、距离有关。所以，应在振动比较强的地方加装阻尼器。另外，还可运用吸振器。简单地说就是吸收振动能力的机器。目前，市面上常见的有冲击式、动力式2种类型的吸振器。其中动力吸振器是指利用附件质量块的动力能量抵消振动能量。该附件质量块是直接与系统相连的。冲击式吸振器主要是利用质量块的自由冲击能力抵消振动能量。与动力吸振器不同的是冲击式吸振器的质量块是在一个与振动系统刚性连接的壳体内做自由冲击运动的。

综上所述，机械加工的过程比较烦琐，容易受到内外不良因素的影响产生各种振动现象，进而影响到机械加工。所以，若要消除这种振动影响，技术人员应该深入了解机械振动的产生原因，然后根据成因采取有效的处理措施。只有这样才能有效消除机械振动对机械加工的影响，保证机械加工的顺利开展。

参考文献

[1]王平.机械加工过程中机械振动的成因及解决措施[J].南方农机，2018，49（20）：62.

[2]杨君.浅谈机械加工过程中机械振动的成因及解决措施[J].山东工业技术，2018（19）：32.