機(jī)械加工中的振動消除與利用方法探析

（黑龍江廣播電視大學(xué)富拉爾基分校 黑龍江齊齊哈爾 161042）

在機(jī)械加工中往往會受到振動的負(fù)面影響。如果有振動，工件將相對于刀具發(fā)生偏移，產(chǎn)品的表面將產(chǎn)生振動痕跡。如果振動劇烈，產(chǎn)品質(zhì)量大幅度的下滑。振動將導(dǎo)致加工系統(tǒng)不斷受到工件的反作用力，導(dǎo)致刀具磨損或邊緣塌陷，損壞機(jī)器的加工系統(tǒng)，嚴(yán)重的將會導(dǎo)致機(jī)械本身以及機(jī)械加工系統(tǒng)不能正常工作。但是，在工件的加工過程中，振動帶來的并不全是負(fù)面影響，它也能帶來一定的積極作用。例如，振動和超聲波處理可以促進(jìn)加工。因此，有必要對加工過程中產(chǎn)生振動的原因進(jìn)行分析，對振動進(jìn)行控制和利用。

一、振動的類型及原因

在機(jī)械加工過程中，通常以自由振動、自激振動、強(qiáng)迫振動等三種，下面將對這三種振動進(jìn)行認(rèn)識以及對其產(chǎn)生原因進(jìn)行分析。

1.自由振動

自由振動的含義是如果系統(tǒng)中的外力消失，機(jī)器本身的衰減運(yùn)動稱為自由振動。自由振動產(chǎn)生的原因是由于加工系統(tǒng)受到外部系統(tǒng)、機(jī)床驅(qū)動系統(tǒng)的非周期性影響、工件加工的沖擊等力的影響，使系統(tǒng)本身產(chǎn)生不平衡的振動，需要依靠機(jī)床的在一定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行彈性恢復(fù)，像這樣的產(chǎn)生的振動就是自由振動。自由振動的頻率與系統(tǒng)本身的頻率一直，但是一旦產(chǎn)生只有振動過后，系統(tǒng)就會產(chǎn)生阻礙震動的力，這個(gè)阻礙力會使自由振動的現(xiàn)象慢慢消退，甚至完全消失。

2.自激振動

自激振動是在機(jī)床加工過程中由振動本身引起的。切削力的周期發(fā)生變化，由此產(chǎn)生的切削力對系統(tǒng)產(chǎn)生反應(yīng)，這補(bǔ)充了系統(tǒng)因?yàn)樽枘嵝?yīng)下降而產(chǎn)生的能力，從而允許系統(tǒng)的振動得到維持和增強(qiáng)。在加工過程中，自激振動主要是高頻強(qiáng)振動，這會降低工件的表面質(zhì)量，嚴(yán)重影響機(jī)床的生產(chǎn)效率。在磨削過程中，砂輪與磨鈍之間的振動就屬于自激振動。自激振動是不衰減的，自激振動的頻率由系統(tǒng)的固有參數(shù)決定性；將系統(tǒng)的振動能量與阻尼耗能相比，所得的比值決定了由振動過程本身和反饋引導(dǎo)產(chǎn)生的自激振動的大小，也就是說，一旦系統(tǒng)停止加工，自己振動也將會消失。

3.強(qiáng)迫振動

強(qiáng)迫振動主要是由外部周期性擾動引起的。其出現(xiàn)的原因是：在切削過程中，由于機(jī)床某些零件的施工精度不高，當(dāng)機(jī)床工作時(shí)，會出現(xiàn)不均勻性，導(dǎo)致振動的出現(xiàn)，這中振動還會在刀具的背面出現(xiàn)，這是因?yàn)槊總€(gè)工具都有其獨(dú)特的邊緣高度，這會在加工過程中引起振動。如果存在工件表面不連續(xù)，硬度和軟度不一致的情況，也會在加工過程中也會引起振動。同時(shí)，機(jī)器在工作過程中優(yōu)勢也會受到系統(tǒng)外部因素的影響而產(chǎn)生振動。

二、振動消除的方法

在本文中提到自由振動，它的存在是不可避免的，但同時(shí)它也很容易唄阻力所消除。所以在實(shí)際操作中更多的對自激動振動進(jìn)行消除、對強(qiáng)迫振動進(jìn)行減弱。

1.消除自激振動的方法

在進(jìn)行自激振動消除時(shí)，主要有以下三個(gè)具體的方法，分別是合理的、科學(xué)的選擇切削過程中的參數(shù)；加強(qiáng)系統(tǒng)本身的抗振性；添加消振裝置。切削速度在20-60m/min之外，可以有效的減弱其振幅。另外進(jìn)給量與振幅懲罰比，背刀量和振幅成正比，所以在實(shí)際操作中要根據(jù)實(shí)際情況來選擇合適的參數(shù)。加強(qiáng)系統(tǒng)本身的抗性可以使振動消除或減弱。所以可以對機(jī)床的剛性性能進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)還可以合理的安排系統(tǒng)部件之間的固有頻率。在系統(tǒng)中適當(dāng)?shù)募尤胛衿鬟@種消振裝置來有效的消除系統(tǒng)中的振動。

2.減少強(qiáng)迫振動的方法

強(qiáng)迫振動在機(jī)械加工中帶來的影響也是很嚴(yán)重的，它的減弱方法主要有三，分別是消除或減弱激振力；激振力頻率不要與系統(tǒng)固有頻率相同；采用隔振手段。這三個(gè)方面的使用能夠在很大程度上降低系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動，而同時(shí)由于橡膠等材料的使用又可以很好的減少強(qiáng)迫振動的振幅和傳播，將其影響有效的降低。

三、機(jī)械加工中振動的利用

振動切削是利用振動的最簡單、效果最好的應(yīng)用方法，可以提高零件的表面質(zhì)量。振動切削是指合理地改變工件之間的時(shí)空條件，從而改變切削原理，使切削力和切削熱得到有效的降低，進(jìn)而提高切削質(zhì)量。振動可以在很短的時(shí)間里完成切削加工的切入和切出。由于時(shí)間短，刀具在工件未振動時(shí)就已經(jīng)離開，有效的降低誤差。

通過改變切削速度也可實(shí)現(xiàn)振動的利用，這樣可以使切削速度更有規(guī)律，從而使工件的表面質(zhì)量得到提升。振動切削試驗(yàn)表明，如果刀具符合正弦定律，在待加工工件表面會形成細(xì)小的切削痕跡，因此在零件加工過程中在表面產(chǎn)生的油膜而大大提高零件的耐磨性。

四、結(jié)語

在機(jī)械加工中，振動是不可避免的，那么就應(yīng)該對振動進(jìn)行更加清晰地認(rèn)識和理解，這樣才可以在機(jī)械加工中更好的避免因振動帶來的不利影響，同時(shí)更方便人們對震動的利用。本文對振動的影響和利用方法進(jìn)行了淺談。