何晓飞

摘 要：机械加工中的振动问题一直是困扰机械加工精准度的主要因素之一，不仅如此，机械加工中的振动对设备和加工人员也会带来一定的危害。文章根据不同的振动类型，分别提出控制受迫振动和自激振动的措施。

关键词：机械加工；受迫振动；自激振动

引言

在科学技术快速发展的推动下，我国机械加工领域普及数字化控制技术的程度越来越广。数字化技术控制的机械加工不仅可以实现智能化控制加工，机械加工的速度、效率和精密程度也远远高于传统机械加工[1]。虽然数字化控制的机械加工具有诸多优点，然而刀具和工件之间长期处于周期性运动状态，数字化控制的机械加工系统难免发生振动，而系统发生振动会给机械加工带来一系列的问题，对零部件精准度的影响更甚。但是工业的快速发展对机械加工零部件精准度的要求不降反增，因而有必要解决机械加工中的振动问题，提高加工质量和加工效率。

1 机械加工中振动的危害

对机械加工而言，振动是一种非常有害的物理现象，而且随着工业和机械加工技术的发展，机械加工产生的振动带来的危害进一步显现。机械加工产生中的振动的危害主要体现在对机械加工人员、零部件以及机械设备三个方面。首先，机械加工产生的振动往往伴随着超高分贝的噪音，长期处于高分贝噪音环境下工作，加工人员的听觉器官容易受损，造成听力下降。其次，机械加工产生的振动会影响刀具和工件发生位移而脱离正常位置，并在零部件的表面留下振痕，轻则影响零部件的外观，重则影响零部件的品质而不能使用。最后，对加工设备而言，在加工设备发生振动时会产生附加动载荷，附加动载荷会作用在刀具上，加速刀具磨损速度，甚至引起刀具出现崩刃。不仅如此，振动会引起加工设备的连接部分发生松动，如机床和夹具，并且松动的间隙会随着振动时间不断增加。而设备松动不仅影响加工零部件的精准度，更会影响设备的使用寿命。如果间隙过大，设备可能因此停止工作，给加工企业正常的生产运行带来一定麻烦。

2 解决机械加工中振动问题的措施

根据机械加工中振动产生的原因可以将振动分为受迫振动和自激振动两种，振动有不同的类型，产生振动的条件也大不相同，消除不同振动的措施也不同。

2.1 解决受迫振动的措施

消除受迫振动产生的条件有减小激振力、调整振源的频率、采取隔振措施和增加系统阻尼四种方式。第一，激振力由回转不平衡质量引起，减少激振力的本质是减少回转元件在离心力影响下产生的惯性和冲击力[2]，满足机床上高速回转零件对动平衡的要求，保证传动元件和传动装的运行精准度不受振动的影响，保证传动始终处于平衡状态，分离机械设备的动力装置和机床。减少激振力可以采用在转速超过60rad/min的回转元件安装自动平衡装置、提高传动装置和传动的稳定性来实现。第二，而调整振源的频率是通过改变传动比的方式防止振源和加工设备产生共振。常用的方法有调节激振力频率、拉大工艺系统部件固有频率和共振区频率的差异、调节加工系统运动参数等方式。第三，隔震措施可通过安装隔震或者在振源处安装吸振设施来实现，通常有主动式隔离和被动式隔离，主动式隔离是防止机内振源对机床干扰，而被动式隔离是采取挖防振沟、垫弹性橡胶等方式防止振动由地基传至机床。第四，增加系统阻尼的本质是提高机械设备运动的刚度和振动稳定性的有效性。可以通过适当预紧滚动轴承、在零部件臂中加入高阻尼的材料、在加工系统的有关部件表层喷涂高内阻的黏性材料、加装电流变液阻尼器等方式，而提高系统的刚度可以通过提高设备结构的刚度来实现[2]。

2.2 解决自激振动的措施

自激振动也叫颤振，和受迫振动相比，自激振动的频率更高，振动也更加强烈，而且自激振动的产生多有零部件的切削过程产生，因此，消除自激振动要从重叠系数、刀具的几何参数、切削用量以及设备和刀具的位置四个方面入手。首先，自激振动和重叠系数有关，而重叠系数的大小受加工方式、刀具几何形状以及切削用量的影响，因此，减小重叠系数也只需要通过改变切削用量以及刀具的几何方式就可以实现，从而有效提高刀具切削的稳定性能。其次，合理选择刀具的几何参数。刀具的几何参数中，主偏角对自激振动的影响最大，加工零部件过程中可以适当增加主偏角或前角，减小后角，以降低振幅。但是过度减小后角，反而会增加自激振动。第三，合理选择切削用量。选取较大的进给量和较小的切削深度可以减少自激振动，如果零部件没有特殊加工要求，可使用高速或低速的切削方式，以防出现自激振动。此外，如果加工表面可以允许有一定的粗糙程度，可以采用选取较大进给量的方式预防自激振动[3]。最后，合理安排机床和刀具。可以通过合理选择刚度比和方位角度，以提高加工系统的抗振性能，降低自激振动。

3 结束语

虽然振动在机械加工过程中难以避免，但是只要认真分析振动产生的原因和特性，并制定有针对性的控制措施，就可以有效减少振动带来的影响，提高生产效率和改善工作环境。但是，近年来，科研人员不满足如何控制振动，而是科学合理地利用振动，以改善加工工艺，提高切削质量和生产效率，如何合理利用振动也成为科研人员未来研究的重点。

参考文献

[1]曹婷婷.机械加工中的振动问题及其控制措施分析[J].企业技术开发，2014（9）.

[2]于涛.机械加工过程中的振动特点及预防措施[J].科技创新与应用，2014（9）.

[3]宫笃篪.浅议机械加工中的振动消除与利用[J].装备制造技术，2010（10）.