機械加工過程中的振動問題分析及解決策略

錢時林

（池州市弘泰安全技術事務有限責任公司，池州 247100）

機械加工過程中的振動問題分析及解決策略

錢時林

（池州市弘泰安全技術事務有限責任公司，池州 247100）

機械加工過程中的振動問題會嚴重影響加工質量與精度。本文分析機械加工中振動問題的類型、特征與振源，探討查找診斷及解決方法，以期準確把握振動問題的表現(xiàn)、成因及診斷方法，從而預防并控制振動問題的危害。

機械加工振動振源診斷

機械加工過程中的振動問題會嚴重影響加工質量與精度，降低生產效率。為做好振動問題的預防與控制，確保工件質量與加工精度，必須明確加工過程中振動問題的表現(xiàn)及成因，做好診斷及應對。下面簡要探討機械加工過程中的振動問題及解決方法。

1機械加工過程中的振動問題

1.1振動類型與特征

機械加工中的振動問題不僅易引發(fā)作業(yè)疲勞，影響工作效率，還會導致機床零件壽命縮短、安全性、可靠性下降，造成刀具損傷，降低加工工件精度與效率，危害較大。機械加工過程中的振動問題主要集中在切削振動方面，以強迫振動與自激振動為主。前者的發(fā)生是由外界力量干擾或者工藝系統(tǒng)內部影響所致，后者的發(fā)生是無外力作用下系統(tǒng)內部激發(fā)反饋形成的周期性振動。

強迫振動在表現(xiàn)上多數同外界作用力保持著同步頻率或整數倍。振動的發(fā)生同切削過程不均勻或者干擾力影響切削過程等有關。外界干擾力一旦消失，振動也會隨之停止。振動振幅同工藝系統(tǒng)剛度、阻尼大小及干擾力大小密切相關。干擾頻率不變，工藝系統(tǒng)剛度、阻尼越小振動幅度越大。若是機械加工過程中干擾力頻率同工藝系統(tǒng)頻率相近，則容易發(fā)生共振現(xiàn)象，從而出現(xiàn)最大振幅。

自激振動因系統(tǒng)內在反饋作用形成，所以振動頻率同系統(tǒng)接近。它的振動是否產生或者振幅大小同系統(tǒng)自身獲取能量、阻尼消耗能量密切相關。若是維持振動的作用力來源于切削工藝本身，則一旦停止加工，振動立即消失。

1.2振動振源

自激振動的振源主要集中在系統(tǒng)內部，強迫振動振源則多集中在外部。前者多與機械加工切削過程中偶然性作用因素如工件材質問題、加工余量變化等有關，形成包括振動系統(tǒng)、調節(jié)系統(tǒng)在內的閉合系統(tǒng)，以穩(wěn)定且循環(huán)的振動為主要表現(xiàn)。

強迫振動振源具有多樣性，如機械加工過程中切削過程中銑削、拉削加工作用力變化，工件表面切削力變化，回旋零件如電動機、砂輪、帶輪、卡盤、工件等不平衡引發(fā)的離心力影響，或者機械加工機床液壓泵工作液壓力脈動變化、齒輪安裝不精、軸承滾動體誤差等元器件引發(fā)的傳動力變化。這些都是強迫振動的典型振源。若是某些機械部件在往復運動中發(fā)生改變，所產生的慣性沖擊力也會造成強迫振動。同時，來自外界的諸多干擾力也會成為振源。

2機械加工過程中振動問題的解決方法

2.1做好不同振動的查找診斷

機械加工中一旦發(fā)生振動問題，要立即明確振動性質并查找振源，以便及時消除振源對機械加工精度與質量的影響。

強迫振動本身有著顯著特征，從特征入手，結合振動表現(xiàn)規(guī)律、常見振源等進行查找并診斷。強迫振動由于振源多來自外界，所以可采用現(xiàn)場拾振、環(huán)境試驗、空運轉試驗等進行明確?，F(xiàn)場拾振是對現(xiàn)有條件下機械加工情況進行頻譜分析，利用速度或力傳感器收集振動信號并進行頻譜分析，根據峰值點表現(xiàn)確定振動頻率成分。環(huán)境試驗主要對機械加工外界環(huán)境中存在的振源進行明確，停機狀態(tài)下對振動信號頻譜進行采集、拾取并分析，結合振動頻率表現(xiàn)確定干擾源頻率成分并明確其來源。以環(huán)境試驗獲得的振動頻率成分，同開機后機械加工過程中的振動頻率成分進行對比，若完全一致則確定為外界振源，并及早發(fā)現(xiàn)振源進行排除；若不一致，則需要結合空運轉試驗情況查找機內振源?？者\轉試驗查找機內振源時，要按照加工要求運動參數進行振動信號拾取與分析，并結合實際加工過程中的頻譜圖進行對比。去除外界干擾振源影響后，若頻譜對比結果相同，則可判定為強迫振動且振源在機床內部；若不一致，則意味著強迫振動同自激振動均存在，需要做進一步診斷。

自激振動要根據振動頻率、范圍、性質等明確振源所在，如元器件、系統(tǒng)工藝、設備自身等，通過逐步排查法尋找振源并進行排除。自激振動由于同系統(tǒng)工藝聯(lián)系緊密，查找診斷方面難度相對較低。對振動振源在內部的自激振動，要在機床內部進行查找，如可采用單獨驅動機床各運動部件進行空運轉試驗確定振源，或者對可能成為振源的高危元器件、運動部件等進行評估，同時結合參數計算、干擾力頻率表現(xiàn)及運轉試驗譜線圖等確定具體位置。

2.2采取消除振動的有效舉措

在明確振動類型、性質及振源后，要采取針對性舉措減少并消除振動。要嚴格控制振動產生條件，加強振源監(jiān)控，配備各類消振、減振裝置，改善工藝系統(tǒng)動態(tài)特性，以達到消除振動的目的。

強迫振動的消除，要針對易產生振動的振源及途徑加強控制。比如，對工藝系統(tǒng)中各類回轉部件加強平衡處理，減少系統(tǒng)往復運動改變時帶來的慣性沖擊力，控制好機床液壓泵工作液壓力、減少軸承滾動體誤差、精確安裝齒輪等，保證傳動件精度，配合提升系統(tǒng)剛度、添加隔振裝置等舉措達到消除振動的效果。尤其是機床加工中高速旋轉零部件，必須做好控制，采取改變傳動力、轉速比等舉措，避免發(fā)生共振。隔離措施的應用則可根據機械加工情況選擇主動隔振或者被動隔振舉措。對于來自外界的干擾力，要從周圍環(huán)境入手，處理好動力源、電動機、油泵等同機床之間的位置，注意適當添加彈性木板、硬膠皮墊或者開挖防振溝等，預防強迫振動。

自激振動的消除可采取減少切削剛度、增加阻尼、調整主軸位置等舉措。機械加工中消振裝置的應用可結合實際情況選擇摩擦式、沖擊式或者動力式減震器等。在改善工藝系統(tǒng)動態(tài)特性時，可通過增大阻尼、提高剛度等舉措達到減振消振效果。

除此之外，還要根據機械加工要求調整切削參數、選擇合適切削用量，通過減小重疊系數保證切削工藝的穩(wěn)定性與可靠性，以期在保證機械加工效果的前提下達到減振消振目的。在選擇切削用量時，注意結合加工表面粗糙度要求對進給量、切削深度進行調整，在提升加工質量與效率的同時減少自激振動產生。機械加工過程中，還要合理安排不同設備位置，對機床、刀具、工件等的安裝做好位置審核，對加工過程中方位角、剛度比、正轉反轉等指標進行合理控制，以確保加工過程順利完成，提升加工效率，保證加工質量。

3　結束語

綜上所述，機械加工過程中振動問題的發(fā)生同多種因素有關。要明確強迫振動與自激振動的特征、表現(xiàn)及振源，做好查找與診斷，采取有效舉措預防、控制振動問題影響，保證機械加工的質量與精度。

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The Vibration Problem in Machining Analysis and Solutions

QIAN Shilin
（ChizhouHongtaisecuritytechnologyserviceslimitedliability company，Chizhou 247100）

The problem of vibration in machining will affect the machining quality and precision seriously.Is analyzed in this paper types，features and source of vibration problems in machining，to find the diagnosis and solution，in order to accurately grasp the vibration problemofthemanifestations，causesanddiagnosticmethods，to prevent and control the harm of vibration.

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