机械加工过程中的振动控制

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摘 要：在机械加工过程中所产生的振动，对正常的切削过程会带来很大的损害，同时，对机械加工的质量和生产效率都有很大的影响，因此必须认真对待。本文主要是分析机械加工过程中振动的基本类型、产生振动的原因和影响，并提供一些可行性的控制措施。

关键词：机械加工；振动类型；原因；影响；措施

在机械加工的过程中，整个工艺系统会经常发生一些振动，给加工过程带来了很大的麻烦。产生振动时，机械加工的正常的切削过程会受到很大的干扰和破坏，致使零件加工的表面会出现一些振纹，影响了零件加工的精度。因此，对机械加工过程中的振动进行深入的研究，进而对振动进行有效的控制是非常必要的。

1.机械加工过程中振动的基本类型

1.1自由振动

当振动系统在激振力的作用下，破坏了机械加工的正常工作状态时，就是自由振动。由于阻尼存在于系统中，所以自由振动经常会发生衰减情况，因此，在一般情况下，自由振动对机械加工过程产生的影响不是很大。自由振动的主要特性是由系统的本身来决定的，也就是说振动所具有的频率、振动的振型主要是取决于振动系统的质量和刚度。

1.2强迫振动

系统在受外界干扰的情况下受迫所产生的振动就是强迫振动。这种振动能够维持下去主要是取决于来自外界干扰力对能量的补充。只要外界存在着干扰现象，振动就不会受阻尼的影响而停止。其中需要注意的是强迫振动产生的频率可以和外界干扰力的频率画等号。

1.3自激振动

自激振动是指系统本身所维持的振动，也可以称作颤振。如果在切削的过程中，振动发生了中止，那么就会导致干扰力消失。同时需要注意的是自激振动是否能产生，以及产生振幅的大小，取决于每个振动周期内系统所获得的能量。

2.机械加工过程中的振动产生的原因

2.1产生自由振动的原因

自由振动主要是由于工艺系统在一些因素的作用下受到一定的冲击，当发生冲击的时候，系统的平衡就会遭到严重的破坏，在这个过程中只是凭借其中的弹性来维持自由振动。

2.2产生强迫振动的原因思

在机械加工过程中，产生强迫振动的原因主要是因为机床的电机会产生振动、机床在运转的时候发生的不平衡状态也会引起振动、切削过程中产生的冲击也会产生振动、往复运动部件的惯性力也会引起振动、如果机床的传动机构存在着缺陷，那么也会引起振动，例如：皮带的涨紧力会发生变化等等。

2.3产生自激振动的原因

将自激振动和强迫振动作比较，虽然振动具有稳定性，但是对自激振动的维持并不是由外加的激振力的作用所决定的，而是由系统自身引起的交变力作用决定的。如果系统不能进行运动，那么交变力也就不存在了，自激振动也就会终止了。

3.机械加工过程中的振动产生的影响

3.1对机械加工的质量以及生产率造成的影响

在机械加工的具体切削过程中所产生的振动，对加工质量以及生产率产生的影响主要体现在以下几个方面：

3.1.1当振动的频率很低时，就会产生一定的波度，振动的频率高时，就会导致加工面粗糙。

3.1.2在加工过程中产生了振动，在很大程度上阻碍了切削用量的提高，甚至更为严重的是导致切削不能正常的进行，影响了机械加工的生产效率。

3.1.3在切削过程中所产生的振动，可能会使刀尖刀刃崩碎，特别是那些韧性非常差的道具，刀具的材质是陶瓷的或者是硬质合金的要注意可能会引起的消振问题。

3.1.4在机械加工过程中，如果出现了振动，那么就会使机床和夹具等一些零件的链接处出现松动现象，使得期间的缝隙增大，导致刚度与精度降低，同时缩短了使用寿命。

3.2零件的使用性能受到表面粗糙度的影响

机械加工表面的不平度高度主要是由表面的粗糙度决定的，当两个零件发生摩擦时，由于零件的表面很粗糙，只有零件表面上的凸峰在进行相互间的接触，然而并不是全部的表面都在进行相互间的配合接触。再加上实际的接触面积非常小，因此就导致了在单位面积上所承受的压力就非常大。当零件进行相互间的摩擦时，表面的凸峰就会被压扁，然后导致磨损现象发生，从而对零件的配合精度造成了影响。同时，粗糙表面的耐磨蚀性很差，因为一些带有腐蚀性的物质会聚集在粗糙表面的裂缝中，并使腐蚀性逐渐扩大。

3.3零件的使用性能受到冷作硬化的影响

表面冷作硬化，在通常情况下，有利于零件在常温下进行工作，同时还有助于提高其工作强度，但是不利于在高温下工作的零件。由于在高温的作用下，零件的表面层硬度会发生变化，例如，使零件表面残余应力松弛，发生塑性变形使得一些原子不断的进行扩散，从而导致合金元素发生氧化情况。此时，冷作硬化层如果很深，程度大，而且温度变高，时间变长，那么塑性变形就会发生剧烈变化，进而使零件表面产生一些裂纹，使得零件的运行强度下降。

4.机械加工过程中的振动控制措施

在机械加工过程中，产生的自由振动，对机械加工产生的影响并不大，以下主要是对强迫振动和自激振动进行有效控制：

4.1对强迫振动进行控制

4.1.1对工艺系统中的回转零件进行平衡处理

4.1.2减少传动件的冲击，提高其精度。

4.1.3提高工艺系统的刚度；隔离外振源对工艺系统造成的干扰。

4.2对自激振动进行控制

4.2.1减小切削的速度，增加切削阻尼，可以使用直角偏刀车外圆的几何图形，做到合理的选择刀具的几何参数。

4.2.2提高工艺系统的抗振能力及刚度，在车刀安装的时候，不能伸出过长，尽可能的选择短且粗的镗刀，在细长轴加工的时候，可以使用跟刀架来控制或者消除振动。

4.2.3最好是不使用很容易产生积屑瘤的切削速度。

4.2.4采用合适的切削用量，可以采用减少切削宽度，同时增加切削厚度。

总结：

综上所述，在机械加工过程中所产生的振动是非常复杂的，只有进行详细的研究分析，掌握机械加工过程中产生振动的基本类型，并且找出产生振动的原因，探讨机械加工过程中振动产生的影响，才能采取更有效的措施来控制或者消除振动的发生，以保证加工零件的质量，提高机械加工生产的效率。

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