龐單舒，王倩

（武漢雷神特種器材有限公司，湖北 武漢 430200）

機(jī)械加工過程中機(jī)械振動的成因及解決措施研究

龐單舒，王倩

（武漢雷神特種器材有限公司，湖北 武漢 430200）

當(dāng)前機(jī)械加工工藝水平日漸成熟，所制造的零部件質(zhì)量不斷提高，成為我國機(jī)械化水平進(jìn)步的重要前提與保證，但是在機(jī)械加工過程中存在有不足之處，尤其是機(jī)械振動問題將對正常的機(jī)械加工造成較大影響?；诖?，本文針對機(jī)械加工過程中機(jī)械振動現(xiàn)象及其形成的原因展開分析，主要包括自由振動、強(qiáng)迫振動以及自激振動三個方面，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步探索了解決機(jī)械振動的應(yīng)對策略，旨在通過這一方式來縮減機(jī)械振動對于機(jī)械加工所產(chǎn)生的負(fù)面影響，保證機(jī)械加工過程的有序展開。

機(jī)械加工；機(jī)械振動；強(qiáng)迫振動；自激振動

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，各種先進(jìn)技術(shù)不斷應(yīng)用各個行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，其中數(shù)控技術(shù)在機(jī)械加工當(dāng)中開始得到應(yīng)用，使得機(jī)械加工的精準(zhǔn)性不斷提高，縮短了機(jī)械加工的時間，提高了工作效率。但與此同時應(yīng)當(dāng)注意的是，機(jī)械加工過程中，刀具、零件兩者之間進(jìn)行持續(xù)性接觸，而長時間的運(yùn)動導(dǎo)致了機(jī)械振動現(xiàn)象的形成，甚至?xí)?dǎo)致機(jī)械設(shè)備的工藝質(zhì)量下降。在此背景下，需要圍繞機(jī)械振動這一問題展開探索，而這對于機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域的成熟發(fā)展具有十分積極的意義和影響，要引起行業(yè)內(nèi)的廣泛重視。

1 機(jī)械加工過程中機(jī)械振動及其形成原因

1.1 強(qiáng)迫振動及形成原因

機(jī)械加工過程中機(jī)械振動的形成受到多方面因素的影響，其中強(qiáng)迫振動是其中的重要因素之一。強(qiáng)迫振動指的是在周期性外力作用下，形成的受破振動，是一種驅(qū)動力，主要具有以下典型特征：第一，強(qiáng)迫振動自身對于干擾力并不會產(chǎn)生影響，并且與機(jī)械加工之間的關(guān)系并不顯著，通常情況下在技術(shù)工藝的作用下，強(qiáng)迫振動現(xiàn)象得以終止；第二，強(qiáng)迫振動的頻率與外界干擾力周期的頻率是十分相近的，也有部分情況下振動頻率是干擾力周期頻率的整倍數(shù)；此外，強(qiáng)迫振動可能誘發(fā)機(jī)械共振現(xiàn)象的形成，進(jìn)而也會對機(jī)械正常作業(yè)造成干擾；最后，強(qiáng)迫振動與外界干擾力之間的關(guān)系是正相關(guān)，當(dāng)外界干擾力越大，強(qiáng)迫振動的振動幅度也相應(yīng)提高。

強(qiáng)迫振動現(xiàn)象的形成原因可以分為內(nèi)部原因、外部原因兩個方面。首先內(nèi)部原因指的是機(jī)械運(yùn)動時會形成離心力，在慣性作用下產(chǎn)生了振動現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為，機(jī)械加工設(shè)備中的砂輪、電機(jī)轉(zhuǎn)子等零部件處于快速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，會出現(xiàn)失衡現(xiàn)象，正是在不平衡狀態(tài)的干擾下，才使得離心力出現(xiàn)，成為強(qiáng)迫振動現(xiàn)象形成的內(nèi)部因素。除此之外，內(nèi)部原因與機(jī)械加工時間間隔有關(guān)，零部件加工的整個過程中，存在有節(jié)奏性的變換情況，機(jī)械加工增添了周期性，而這也是強(qiáng)迫振動的內(nèi)部形成原因。其次，從外部原因方面來看，機(jī)械加工受到周圍環(huán)境的影響，如果在機(jī)械加工范圍內(nèi)有其他設(shè)備在運(yùn)行過程中，同樣會引起強(qiáng)迫機(jī)械振動，例如沖床、空壓機(jī)等大型設(shè)備。

1.2 自激振動及形成原因

自激振動指的是在靜能源能量持續(xù)作用下形成的一種高頻率周期性振動現(xiàn)象。自激振動具有自身顯著的特征：自激振動現(xiàn)象的形成與外部作用力之間并無關(guān)聯(lián)；振動頻率接近于零件加工時的固定頻率；當(dāng)自激振動現(xiàn)象產(chǎn)生后，機(jī)械會隨之形成具有周期性變化，并且這一變化將會持續(xù)，而自激振動能夠從中獲取力量，使得振動現(xiàn)象得以繼續(xù)，自激振動現(xiàn)象中斷后，這一能量供給將隨之消失。

自激振動形成的原因主要與幾個方面有關(guān)：第一，機(jī)械加工時所處理的零部件硬度較高，而機(jī)械加工設(shè)備中的刀具在與零部件長時間接觸之后，產(chǎn)生崩刀的情況，由此引起刀具自激振動情況出現(xiàn)；第二，刀具與零部件之間需要長時間接觸，如果刀具質(zhì)量差，刀具本身的剛性不足，在刀桿的位置會產(chǎn)生自激振動的現(xiàn)象；第三，刀削量與實(shí)際情況并不相符，無法適應(yīng)整個機(jī)械加工過程，從而也會導(dǎo)致自激振動現(xiàn)象的產(chǎn)生。

1.3 自由振動及形成原因

自由振動現(xiàn)象在機(jī)械加工過程中極為常見，并且其產(chǎn)生的原因也較為簡單。自由振動的形成原因在于機(jī)械加工時的切削力對機(jī)械整體造成波動，隨之引起自由振動現(xiàn)象的產(chǎn)生；此外，外部環(huán)境同樣是導(dǎo)致自由振動形成的相關(guān)性因素，在外力作用下會導(dǎo)致機(jī)械振動現(xiàn)象的產(chǎn)生。通常情況下，自由振動現(xiàn)象產(chǎn)生后，外力作用不會對其進(jìn)行能量的補(bǔ)充，因此自由振動現(xiàn)象力度不持久，難以形成周期性，與自激振動與強(qiáng)迫振動相比，自由振動對于機(jī)械運(yùn)行情況所產(chǎn)生的影響是最低的。應(yīng)當(dāng)引起注意的是，盡管自由振動對機(jī)械加工過程的干擾程度相對較低，但是自由振動是自激振動形成的潛在誘因，同樣需要引起重視。

2 機(jī)械加工過程中機(jī)械振動的解決措施

通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，盡管當(dāng)前機(jī)械加工整體工藝處于不斷進(jìn)步過程當(dāng)中，但其中同樣存在有弊端和不足，需要采取針對性的措施，而在機(jī)械加工過程當(dāng)中，自由振動的占比遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他兩種，并且自由振動的幅度低，持續(xù)時間短，能夠自然衰退，對機(jī)械加工所產(chǎn)生的影響較為微弱，因此機(jī)械振動解決措施通常探討強(qiáng)迫性機(jī)械振動與自激振動成因的應(yīng)對策略。

2.1 強(qiáng)迫機(jī)械振動解決措施

為了解決機(jī)械加工過程中的強(qiáng)迫振動問題，應(yīng)當(dāng)從幾個方面入手來解決問題。第一，控制外來振源頭的影響，避免其他大型設(shè)備對機(jī)械加工過程產(chǎn)生干擾，而是要營造相對安靜、空間充足的環(huán)境，將電動機(jī)，油泵等動力源頭與機(jī)械生產(chǎn)區(qū)域隔離開，可以使用隔離性較強(qiáng)的一些材料，例如彈性模板等，將機(jī)械加工機(jī)床與地基之間建立隔斷，或者設(shè)置防振溝等，均能夠?qū)C(jī)械與振源切斷；第二，控制激振力，降低不平衡現(xiàn)象的發(fā)生，確保機(jī)械加工系統(tǒng)的穩(wěn)定性，例如在系統(tǒng)內(nèi)安裝自動平衡設(shè)施，對系統(tǒng)平衡性進(jìn)行控制，并且要使用質(zhì)量過關(guān)的設(shè)備，保證設(shè)備安裝的精準(zhǔn)度，避免出現(xiàn)失衡現(xiàn)象。同時在提高機(jī)械精準(zhǔn)度的基礎(chǔ)上，也需要技術(shù)人員積極采取措施，對零部件的加工過程進(jìn)行嚴(yán)密的觀察，適時展開平衡調(diào)節(jié)措施等；第三，對振源的頻率進(jìn)行控制，通過對振源頻率的調(diào)整，激振力頻率與系統(tǒng)固有頻率之間不會產(chǎn)生共振現(xiàn)象，從而也能夠避免強(qiáng)迫振動現(xiàn)象的形成，例如，機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)過程中，就應(yīng)當(dāng)保證零部件之間的頻率與固有頻率之間存在差異；對機(jī)械設(shè)備的主軸、電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度進(jìn)行調(diào)整，與共振區(qū)域相交錯，從而也能夠避免產(chǎn)生共振現(xiàn)象，最終避免強(qiáng)迫機(jī)械振動情況的出現(xiàn)。

2.2 自激機(jī)械振動解決措施

解決自激振動問題，應(yīng)當(dāng)對振動的幅度、波及范圍以及振動產(chǎn)生的性質(zhì)等相關(guān)情況進(jìn)行分析，從而才能夠從根本上解決問題。第一，應(yīng)當(dāng)明確振源。針對內(nèi)部自激振動現(xiàn)象，需對機(jī)床部件做空轉(zhuǎn)試驗(yàn)，進(jìn)而尋找振源，而針對高危零部件也需要展開評估，并綜合考慮外力作用、參數(shù)等評估結(jié)果來明確振源；第二，選擇合適的刀具，明確刀具參數(shù)，刀具與零部件之間密切接觸，并且也是自激振動形成的因素，而合理的刀具參數(shù)能夠降低自激振動的產(chǎn)生，尤其是要明確主偏角、前角等參數(shù)必須滿足切削的實(shí)際需求；第三，明確切削用量，調(diào)控切削深度、速度等參數(shù)，并對其進(jìn)行合理搭配，當(dāng)這些參數(shù)提高后，機(jī)械加工的整體效率得以提升，并且在切削深度低，進(jìn)給量大的情況下，自激振動才能夠得到有效控制。此外，自激振動的形成與機(jī)械本身存在關(guān)聯(lián)，針對這一情況需要增強(qiáng)機(jī)械的剛度，以此來適應(yīng)自激振動的高強(qiáng)度，例如預(yù)先處理接觸面，增強(qiáng)預(yù)緊力，確保高頂尖孔的質(zhì)量，或者在系統(tǒng)內(nèi)安裝減振裝置等。

3 結(jié)語

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)水平的日漸提高，機(jī)械化程度也不斷提升，其中機(jī)械化加工工藝也得到進(jìn)步。但在此過程中必須要引起重視的是，機(jī)械化加工時會出現(xiàn)有機(jī)械振動的現(xiàn)象，進(jìn)而對整個機(jī)械加工過程的穩(wěn)定性造成威脅。自激振動與強(qiáng)迫振動對于機(jī)械加工過程的影響較為顯著，需要采取相應(yīng)的解決措施，根據(jù)實(shí)際情況選擇合理的刀具，明確切削用量，控制振源頭的頻率，將外來振源的影響縮減到一定范圍內(nèi)，最終能夠?yàn)闄C(jī)械加工營造更加穩(wěn)定的環(huán)境，提高機(jī)械加工的水平。

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1671-0711（2017）10（上）-0073-02