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一、引言

機械加工過程中,工藝系統(tǒng):工件、夾具、刀具與機床之間經(jīng)常會產(chǎn)生振動,對于零件的加工精度產(chǎn)生不良影響。振動會導致工藝系統(tǒng)承受動態(tài)交變載荷作用,刀具易于磨損，有時甚至崩刃。振動使零件加工表面產(chǎn)生振痕,降低了零件的加工精度,振動會導致機床、夾具的零件連接松動,增大間隙,降低剛度和精度,并縮短使用壽命;強烈的振動和伴隨而來的噪聲污染環(huán)境,危害操作者的身心健康。由于振動限制了切削用量的進一步提高,影響了生產(chǎn)效率,嚴重時甚至不能正常切削,因此,研究機械加工過程中的振動,消除振動的措施是十分必要的。

二、機械加工過程振動類型按其產(chǎn)生的原因來分類

（一）機加工過程中的強迫振動

強迫振動產(chǎn)生的原因機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。由于有外界周期性干擾力作能量補充,所以強迫振動能夠持續(xù)進行。強迫振動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,振動就不會因阻尼而停止。

（二）機加工過程中的自由振動

當振動系統(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,稱為自由振動。由于系統(tǒng)總是存在阻尼,故自由振動總是衰減的,因此,一般來說,自由振動對加工過程的影響不大。自由振動的特性取決于系統(tǒng)本身,即其固有頻率,振型取決于振動系統(tǒng)的質(zhì)量和剛度。

（三）機加工過程中的自激振動機械加工中的自激振動是在沒有周期性外力（相對于切削過程而言）干擾下所產(chǎn)生的振動運動。

三、機械加工過程中強迫振動產(chǎn)生原因和控制措施

（一）強迫振動產(chǎn)生的原因

強迫振動是由于工藝系統(tǒng)外界周期性干擾力的作用而引起的振動。機械加工中的強迫振動與一般機械中的強迫振動沒有什么區(qū)別,強迫振動的頻率與干擾力的頻率相同或是它的倍數(shù)。強迫振動產(chǎn)生的原因:強迫振動的振源又來自機床內(nèi)部的機內(nèi)振源和來自機床外部的機外振源兩大類。機外振源甚多,但它們都是通過地基傳給機床的,可通過加設隔振地基來隔離。機內(nèi)振源主要有如下幾個。1.切削過程中的沖擊引起的振動。在具有往復運動部件的機床中，往復運動部件改變方向時所產(chǎn)生沖擊；2.機床電機的振動。3.機床傳動機構(gòu)缺陷引起的振動,制造或不精確或安裝不良的齒輪、皮帶張緊力的變化等。4.機床高速旋轉(zhuǎn)件不平衡引起的振動。電動機帶輪、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。5.往復運動部件的慣性力引起的振動。在具有往復運動的機床中，往復運動部件改變方向時所產(chǎn)生的慣性沖擊。

（二）控制強迫振動的措施

1.消除或減弱產(chǎn)生自激振動的條件。2.減小機內(nèi)外干擾力:使振源產(chǎn)生的部分振動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.機床上高速旋轉(zhuǎn)的零部件，必須進行平衡，使質(zhì)量不平衡控制在允許范圍內(nèi)。

四、機械加工過程中自激振動產(chǎn)生原因及消除辦法

（一）自激振動產(chǎn)生的原因

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

（二）自激振動主要的特征

自激振動的能量來自機床電動機，電動機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系統(tǒng)，使機床產(chǎn)生振動運動。自激振動振幅大小取決于每一振動周期內(nèi)系統(tǒng)獲得的能量與消耗能量的比值。當獲得的能量大于消耗的能量時，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。當獲得的能量小于消耗的能量時，自激振動也隨之消失。自激振動是一種不衰減的振動。振動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充，以維持這個振動。自激振動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)生自激振動的原因。目前克服和消除機械加工中的自激振動的途徑，仍是通過各種實驗，在設備、工具和實際操作等方面解決。

（三）減小自激振動的方法

1.提高工藝系統(tǒng)剛度,可提高抗振性。增強聯(lián)接結(jié)合面的接觸剛度、對滾動軸承施加預載荷，鏜孔時對鏜桿設置鏜套等措施，加工細長工件外圓時采用中心架。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。因為前角、后角和楔角之和等于90°?；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、進給平面內(nèi)都有其對應的前角和后角。增加切削阻尼;適當減小刀具的后角;在后刀面上磨出消振棱;適當增大鉆頭的橫刃;適當使刀尖高于(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,宜增大刀具的后角和前角。3.適當提高切削速度;改善被加工材料的可加工性。切削速度對刀具壽命有非常大的影響.提高切削速度時,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,切削速度會有相應的變化.。采用合適的切削用量。可采用減少切削寬度,同時增加切削厚度。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,宜取切削速度小于臨界切削速度?？v車和切環(huán)形工件端面時,切削速度大于臨界切削速度等。

五、結(jié)論

機械加工過程產(chǎn)生的振動對于零件加工精度和表面質(zhì)量是有害的，振動形成原因是非常復雜的,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)學院