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一、引言

機(jī)械加工過程中,工藝系統(tǒng):工件、夾具、刀具與機(jī)床之間經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生振動(dòng),對(duì)于零件的加工精度產(chǎn)生不良影響。振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致工藝系統(tǒng)承受動(dòng)態(tài)交變載荷作用,刀具易于磨損，有時(shí)甚至崩刃。振動(dòng)使零件加工表面產(chǎn)生振痕,降低了零件的加工精度,振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致機(jī)床、夾具的零件連接松動(dòng),增大間隙,降低剛度和精度,并縮短使用壽命;強(qiáng)烈的振動(dòng)和伴隨而來的噪聲污染環(huán)境,危害操作者的身心健康。由于振動(dòng)限制了切削用量的進(jìn)一步提高,影響了生產(chǎn)效率,嚴(yán)重時(shí)甚至不能正常切削,因此,研究機(jī)械加工過程中的振動(dòng),消除振動(dòng)的措施是十分必要的。

二、機(jī)械加工過程振動(dòng)類型按其產(chǎn)生的原因來分類

（一）機(jī)加工過程中的強(qiáng)迫振動(dòng)

強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因機(jī)械加工中的受迫振功，是一種由工藝系統(tǒng)內(nèi)部或外部周期交變的激振力(即振源)作用下引起的振動(dòng)。由于有外界周期性干擾力作能量補(bǔ)充,所以強(qiáng)迫振動(dòng)能夠持續(xù)進(jìn)行。強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率等于外界周期性干擾力的頻率或者是它的整數(shù)倍。只要外界周期性干擾力存在,振動(dòng)就不會(huì)因阻尼而停止。

（二）機(jī)加工過程中的自由振動(dòng)

當(dāng)振動(dòng)系統(tǒng)受到初始干擾力(又稱激振力)的作用而破壞了平衡狀態(tài)后,去掉激振力或約束后所發(fā)生的振動(dòng),稱為自由振動(dòng)。由于系統(tǒng)總是存在阻尼,故自由振動(dòng)總是衰減的,因此,一般來說,自由振動(dòng)對(duì)加工過程的影響不大。自由振動(dòng)的特性取決于系統(tǒng)本身,即其固有頻率,振型取決于振動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量和剛度。

（三）機(jī)加工過程中的自激振動(dòng)機(jī)械加工中的自激振動(dòng)是在沒有周期性外力（相對(duì)于切削過程而言）干擾下所產(chǎn)生的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

三、機(jī)械加工過程中強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生原因和控制措施

（一）強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因

強(qiáng)迫振動(dòng)是由于工藝系統(tǒng)外界周期性干擾力的作用而引起的振動(dòng)。機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動(dòng)與一般機(jī)械中的強(qiáng)迫振動(dòng)沒有什么區(qū)別,強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率與干擾力的頻率相同或是它的倍數(shù)。強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因:強(qiáng)迫振動(dòng)的振源又來自機(jī)床內(nèi)部的機(jī)內(nèi)振源和來自機(jī)床外部的機(jī)外振源兩大類。機(jī)外振源甚多,但它們都是通過地基傳給機(jī)床的,可通過加設(shè)隔振地基來隔離。機(jī)內(nèi)振源主要有如下幾個(gè)。1.切削過程中的沖擊引起的振動(dòng)。在具有往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件的機(jī)床中，往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件改變方向時(shí)所產(chǎn)生沖擊；2.機(jī)床電機(jī)的振動(dòng)。3.機(jī)床傳動(dòng)機(jī)構(gòu)缺陷引起的振動(dòng),制造或不精確或安裝不良的齒輪、皮帶張緊力的變化等。4.機(jī)床高速旋轉(zhuǎn)件不平衡引起的振動(dòng)。電動(dòng)機(jī)帶輪、轉(zhuǎn)子、連軸節(jié)、砂輪以及被加工工件旋轉(zhuǎn)不平衡引起的周期性激振力，是加工過程產(chǎn)生振動(dòng)。5.往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件的慣性力引起的振動(dòng)。在具有往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床中，往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件改變方向時(shí)所產(chǎn)生的慣性沖擊。

（二）控制強(qiáng)迫振動(dòng)的措施

1.消除或減弱產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件。2.減小機(jī)內(nèi)外干擾力:使振源產(chǎn)生的部分振動(dòng)被隔振裝置所隔離或吸收。3.提高工藝系統(tǒng)的阻尼和剛度。4.機(jī)床上高速旋轉(zhuǎn)的零部件，必須進(jìn)行平衡，使質(zhì)量不平衡控制在允許范圍內(nèi)。

四、機(jī)械加工過程中自激振動(dòng)產(chǎn)生原因及消除辦法

（一）自激振動(dòng)產(chǎn)生的原因

當(dāng)系統(tǒng)受到外界或本身某些偶然的瞬時(shí)的干擾力作用而觸發(fā)自由振動(dòng)時(shí)，由振動(dòng)過程本身的某種原因使得切削力產(chǎn)生周期性的變化，并由這個(gè)周期性變化的動(dòng)態(tài)力反過來加強(qiáng)和維持振動(dòng)，使振動(dòng)系統(tǒng)補(bǔ)充由阻尼作用所消耗的能量，這種類型的振動(dòng)稱為自激振動(dòng)。

（二）自激振動(dòng)主要的特征

自激振動(dòng)的能量來自機(jī)床電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)除了供給切除切屑的能量外，還通過切屑過程把能量輸給振動(dòng)系統(tǒng)，使機(jī)床產(chǎn)生振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。自激振動(dòng)振幅大小取決于每一振動(dòng)周期內(nèi)系統(tǒng)獲得的能量與消耗能量的比值。當(dāng)獲得的能量大于消耗的能量時(shí)，則振幅將不斷增加，一直到兩者能量相等為止。反之振幅將不斷減小。當(dāng)獲得的能量小于消耗的能量時(shí)，自激振動(dòng)也隨之消失。自激振動(dòng)是一種不衰減的振動(dòng)。振動(dòng)過程本身能引起周期性變化的力，此力可從非交變特性的能源中周期性地獲得能量的補(bǔ)充，以維持這個(gè)振動(dòng)。自激振動(dòng)頻率等于或接近系統(tǒng)的固有頻率，即由系統(tǒng)本身的參數(shù)決定。到目前為止尚無完全成熟的理論來解釋各種情況下發(fā)生自激振動(dòng)的原因。目前克服和消除機(jī)械加工中的自激振動(dòng)的途徑，仍是通過各種實(shí)驗(yàn)，在設(shè)備、工具和實(shí)際操作等方面解決。

（三）減小自激振動(dòng)的方法

1.提高工藝系統(tǒng)剛度,可提高抗振性。增強(qiáng)聯(lián)接結(jié)合面的接觸剛度、對(duì)滾動(dòng)軸承施加預(yù)載荷，鏜孔時(shí)對(duì)鏜桿設(shè)置鏜套等措施，加工細(xì)長工件外圓時(shí)采用中心架。2.合理選擇刀具幾何角度。在基面內(nèi)的主偏角、副偏角。派生角度是刀尖角、楔角。因?yàn)榍敖?、后角和楔角之和等?0°?；窘嵌确謩e是在正交平面內(nèi)的前角、后角；在切削平面內(nèi)的刃傾角；在不同的測量面內(nèi)，都可以定義前角或后角。例如：在正交平面、法平面、切深平面、進(jìn)給平面內(nèi)都有其對(duì)應(yīng)的前角和后角。增加切削阻尼;適當(dāng)減小刀具的后角;在后刀面上磨出消振棱;適當(dāng)增大鉆頭的橫刃;適當(dāng)使刀尖高于(車外圓)、低于(樘內(nèi)孔)工件中心線,以獲得小的工作后角。為消減刀具的高頻振動(dòng),宜增大刀具的后角和前角。3.適當(dāng)提高切削速度;改善被加工材料的可加工性。切削速度對(duì)刀具壽命有非常大的影響.提高切削速度時(shí),切削溫度就上升,而使刀具壽命大大縮短.加工不同種類、硬度的工件,切削速度會(huì)有相應(yīng)的變化.。采用合適的切削用量?？刹捎脺p少切削寬度,同時(shí)增加切削厚度。調(diào)整切削速度,避開臨界切削速度。在切斷、車端面或使用寬刃刀具、成形刀具和螺紋刀具時(shí),宜取切削速度小于臨界切削速度。縱車和切環(huán)形工件端面時(shí),切削速度大于臨界切削速度等。

五、結(jié)論

機(jī)械加工過程產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)于零件加工精度和表面質(zhì)量是有害的，振動(dòng)形成原因是非常復(fù)雜的,只有通過不斷總結(jié),根據(jù)不同情況分析產(chǎn)生的原因,才能更好的采取措施加以消除和控制,以保證加工工件的質(zhì)量要求,提高生產(chǎn)效率,改善工作環(huán)境。

作者：周大偉 單位：永城職業(yè)學(xué)院