机械加工中的自激振动
机械加工中机械振动的原因及解决措施
机械加工中机械振动的原因及解决措施摘要：在机械加工中，机械振动会直接影响加工工件的质量，不利于加工件在生活的实际应用。
基于此，本文主要围绕机械加工机械振动的原因进行了分析，并根据实际情况提出了有效的解决措施，以供参考。
关键词：机械加工；机械振动；原因；解决措施1、分析机械加工中机械振动的原因在机械加工过程中，导致机械振动的原因主要包含自由振动、自激振动及强迫振动三大类，具体如下：（1）自由振动针对自由振动而言，其是机械加工中最为常见的一种振动，主要是受外力影响而造成的，如进行实际加工时，刀具的来回运转会缠手切削力，从而施加给加工件，当切削力出现变化时，就会引发振动现象；受外界力作用的影响，在机械加工的过程中，会对机械设备带来一定的冲击，产生振动，值得注意的是，自由振动时不会产生外力增加现象，故受阻力的影响，该类振动会慢慢的减弱。
从上述内容可看出，在机械加工过程中，自由振动发挥的影响较小，且非常容易被消除，但自由振动是引发自激振动的主要因素之一，而这类振动会直接影响加工件的质量，故也需引起重视 [1]。
（2）自激振动在机械加工过程中，自激振动发生的几率加高，且振动强烈，而引发此类振动产生的原因则较多，包括加工材料硬度分布、加工余量等，当发生系统振动后，就会直接造成加工件和刀具间位置出现改变，受切削力的影响，最终导致自激振动的出现。
与强迫振动相比，自激振动的产生不受外干扰力的影响，且其振动频率和系统固有频率极为接近，具有周期性不衰减等特点，这主要是因为此类振动可通过交变力从加工系统中吸取能量来维持振动状态，随着振动的停止，交变力周期性变化、能量补充也会随之停止 [2]。
此外，值得注意的是，振动自激振动的振幅而言，其和单个振动周期内能量的补充及消耗呈正比，受振幅大小的影响。
（3）强迫振动针对强迫振动而言，其产生的原因主要包含离心惯性力和机械设备本身的缺陷，其中前者主要是在，在进行机械加工时，如若机械加工速率相对较快，就会直接造成转轴、皮带轮等部件呈不平衡状态，最终产生离心力，当离心力出现后，就会直接导致强迫振动的出现；如若机械设备存在一定的缺陷，也会引发强迫振动，这和机械设备中的旋转零件有直接关系，在基于零件尺寸误差的前提下，就会促使零件直接无法紧密结合，在进行加工时，就无法保持平衡，加之离心力作用的影响，最终造成强迫振动的出现。
机械加工中振动的产生机理以及防治措施
机械加工中振动的产生机理以及防治措施一、机械加工过程中振动的危害振动会在工件加工表面出现振纹，降低了工件的加工精度和表面质量，低频振动时会产生波度；振动会引起刀具崩刃打刀现象并加速刀具或砂轮的磨损；振动使机床夹具连接部分松动，影响运动副的工作性能，并导致机床丧失精度；产生噪声污染，危害操作者健康；影响生产效率；二、机械加工过程中振动的类型机械加工过程中振动的类型：自由振动、强迫振动、自激振动。
1.自由振动工艺系统受到初始干扰力而破坏了其平衡状态后，系统仅靠弹性恢复力来维持的振动称为自由振动。
由于系统中存在阻尼，自由振动将逐渐衰弱，对加工影响不大。
2.强迫振动由稳定的外界周期性的干扰力（激振力）作用引起；除了力之外,凡是随时间变化的位移、速度和加速度，也可以激起系统的振动；强迫振动振源：机外＋机内。
机外：其他机床、锻锤、火车、卡车等通过地基把振动传给机床机内：1）回转零部件质量的不平衡（旋转零件的质量偏心）2）机床传动件的制造误差和缺陷（如齿轮啮合时的冲击、皮带轮圆度误差及皮带厚度不均引起的张力变化，滚动轴承的套圈和滚子尺寸及形状误差）3）切削过程中的冲击（如往复部件的冲击；液压传动系统的压力脉动；断续切削时的冲击振动）强迫振动的特征：频率特征：与干扰力的频率相同，或是干扰力频率整倍数幅值特征：与干扰力幅值、工艺系统动态特性有关。
当干扰力频率接近或等于工艺系统某一固有频率时，产生共振相角特征：强迫振动位移的变化在相位上滞后干扰力一个φ角，其值与系统的动态特性及干扰力频率有关强迫振动的运动方程：图示：内圆磨削振动系统a) 模型示意图b）动力学模型c）受力图3.自激振动在没有周期性外力(相对于切削过程)作用下，由系统内部激发反馈产生的周期性振动；自激振动过程可用传递函数概念说明；切削过程本身能引起某种交变切削力，而振动系统能通过这种力的变化，从不具备交变特性的能源中周期性的获得补充能量，从而维持住这个振动。
机械加工过程中的振动及其影响
B
f
ap
κr
κ
，
r
a）切削
图4-77 重叠系数
fa
b）磨削
减小重叠系数方法
增加主偏角 增大进给量 ◆ 增加切削阻尼（例采用倒棱车刀，图4-78）
-5°～ -20°
0.1～0.3
2°～ 3° 图4-78 车刀消振棱
改善工艺系统动态特性
◆ 提高工艺系统刚度 ◆ 增大工艺系统阻尼
阻尼材料
铸铁环
消除或减弱产生强迫振动的条件
减小机内干扰力的幅值
x12
x21
β
调整振源的频率，一般要求：
fn f 0.25 f
（4-33）
式中 f 和 fn 分别为振源频率和 系统固有频率
隔振
x21
x12
图4-76 两种尾座结构
消除或减弱产生自激振动的条件
◆ 调整振动系统小刚度主轴的位置 （图4-76）
铸铁套筒
图4-79 零件上加阻尼材料
精品课件！
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采用减振装置
动力减振器 摩擦式减振器（图4-80） 冲击式减振器（图4-81）
δ δ
a）减振镗刀
b）减振镗杆
图4-81 冲击式减振镗刀与减振镗杆
1—冲击块 2—紧定螺钉
图4-80 摩擦式减振器
1—飞轮 2—摩擦盘 3—摩擦 垫 4—螺母 5—弹簧
（三）机械加工过程中自激振动
自激振动的概念
在没有周期性外力作用 下，由系统内部激发反馈 产生的周期性振动
自激振动过程可用传递 函数概念说明（图4-72）
电动机 (能源)
振动位移 机床振动系统 X(t) （弹性环节）
调节系统 交变切削力F(t) （切削过程）
机械加工中的振动类型分类
了解振动要先从振动的类型开始，振动从不同的角度来划分，可以分为很多类型，有强迫型、自激型、自由型等，每种类型都有各自的特点，都对机械生产过程会产生不同的影响，下面我们就具体来看看吧。
1自激振动的概念及类型分析
自激振动是振动的另一种类型，自激振动从某种意义上说是一种自发振动。
因为这种振动是不受外力干扰，而自动引起的自发性振动，在振动的过程中，受交变力的影响会引起持续的运动，持续且有规律性，机械设备在工作时，齿轮和部件相互交织在一起，而产生一定的磨擦导致这种自激振动产生。
2自由振动的概念及类型分析
振动中还有最后一种类型，是自由振动类型。
这种振动类型对机械加工的影响相对不是很大。
由于机械运转过程中，激振力对系统不断作用，从而机械设备的平衡就被破坏，我们把能对激振力，进行约束的方式称为自由振动。
3强迫振动的概念及类型分析
强迫振动类型，是在外力有规律的作用下产生的振动。
例如，在我们经常见到的，削、切、磨的过程中，由于机械设备的带动，像电动机械，砂轮、皮带等的带动下，都会产生振动。
这其中因为皮带或长或短，或厚或薄，油泵不稳定等因素的影响，从不同程度上都会促使振动的发生，这种振动现象就是强迫振动，这种振动会对加工产品的精密准确度产生影响，
从而影响加工产品的圆度、加工产品的粗糙度等。
一些回转动的机械设备，振动对回转精度也会产生影响。
机械加工自激振动的研究
机械加工自激振动的研究Ξ徐 伟1,雷盛开2(1.广东技术师范学院,广东广州 510655;2.三峡大学职业技术学院,湖北宜昌 447002))摘 要:探讨机械加工中自激振动的产生机理,简述减少自激振动的途径,通过合理选择切削用量,提高工艺系统的抗振性等措施,可取得较好效果。
关键词:机械加工;自激振动;机理;途径中图分类号:TH113.1 文献标识码:A 文章编号:1007-4414(2004)03-0023-02 在机械加工过程中,工艺系统的振动会破坏刀具与工件之间正常的运动轨迹,给机械加工带来较大的危害,具体表现在以下几个方面:①影响加工表面质量,频率低时产生波纹,频率高时产生微观不平度;②降低生产效率,加工中的振动制约了切削用量的提高,严重时甚至使切削不能正常进行;③缩短刀具、机床等的使用寿命;④振动产生的噪声污染了环境。
据统计,机械加工过程中的振动以自激振动为主,约占总数的70%以上。
为了保证零件的加工质量,在机械加工过程中,必须采取相应的工艺措施对自激振动加以控制。
1 产生自激振动的机理[1]切削过程中产生的自激振动是一种频率较高的强烈振动,通常又称为颤振。
对于它的产生机理,虽然从20世纪50年代以来进行了许多研究,但尚无完全成熟的理论,还不能用一种理论来阐明各种状况下的切削(磨削)自激振动。
目前运用较多的主要有再生颤振原理、振型耦合颤振原理两种系统理论。
1.1 再生颤振原理(1)再生颤振现象的产生在稳定的切削过程中,由于偶然的扰动(材料的硬疵点,加工余量不均匀,或其他原因的冲击等),工艺系统会产生1次自由振动,并在加工表面上留下相应的振纹。
当工件转至下1转时,由于切削到重叠部分的振纹使切削厚度发生改变,引起切削力的变化,使系统再一次振动,并在本转加工表面上产生新的振纹,这个振纹又会影响到下一圈的切削,从而造成持续的振动。
这种后续切削中重复再生的振动,形成了再生颤振。
由此可见,再生颤振来源于切削厚度改变所引起的动态切削力,但并非动态切削力存在就一定会导致再生颤振,这还要取决于工艺系统的各种组合条件。
机械加工过程中机械振动的成因及解决措施
机械加工过程中机械振动的成因及解决措施发布时间：2022-06-08T10:31:40.676Z 来源：《福光技术》2022年12期作者：梁晋宝张超盟吉秀平[导读] 在技术和工艺发展的过程中，原料和设备开展高精度的加工是重要的基础。
在传统的机械加工和数字化加工中，工件和刀具之间需要进行往复运动，系统通常会出现振动问题。
山西汾西重工有限责任公司山西太原 030027摘要：在技术和工艺发展的过程中，原料和设备开展高精度的加工是重要的基础。
在传统的机械加工和数字化加工中，工件和刀具之间需要进行往复运动，系统通常会出现振动问题。
振动的类型和程度不同，对机械加工进度有着不同的影响。
随着车间生产对机械加工精度要求的提高，降低机械加工环节中的振动现象，能够有效提高机械加工精度。
通过分析机械加工振动的原因，采取科学合理的规避和消除措施，有效提高机械生产的效率和质量。
本文就此展开了论述，以供参阅。
关键词：机械加工；机械振动；成因；解决措施引言随着公司新产品的不断研发制造，数控技术在机械生产过程中得到了非常广泛的应用，大大提高了加工效率，使公司的发展提供了便利的条件。
然而机械加工过程中机械振动的问题需要解决，因为机械振动频率会造成加工产品的精度和效率及加工成本。
因此针对机械加工中的振动现象必须引起足够的重视,提高产品加工的精度,减少机械加工过程中机械的振动频率是机械加工作业需要解决的主要问题之一。
1机械加工中的机械振动成因 1.1机械加工中的自由振动成因其一，机械加工中，机械设备上的刀具的反复运动，使得加工件增加了切削力效果，当切削力发生转变，就会产生振动。
其二，机械加工的过程中，受到外力的作用有冲击力产生，就会产生自由振动。
机械加工中自由振动是不可避免的，主要是由于力的作用下产生的。
但是，如果自由振动中没有增强外力，就说明有阻力存在，使得振动逐渐削弱。
由于各种外在因素干扰导致的自由振动是不容易被消除的。
因此，找到导致自由振动的主要因素，就需要采取措施解决，否则会对加工件品质造成影响。
机械加工自激振动研究
１受迫振动。周期变化产生激力，系统会在此作用下来补充能量，系统维 其 数值合 理 与 否对 加工 质 量、加工 效率 、生产 成本 等有 着 非常 重
持等幅振动就 是通过交变的能量。２自振 系统。能量补充也是从外界接 要 的 影 响。所 谓 “合 理 的 ”切 削用量 是 指 充 分利 用刀具 切 削性 能
振动 ．而不是由外界干扰所引起 。
择 减振 装 置 。减 振 装 置 通 常都 是 附 加 在 工 艺 系 统 中，用来 吸 收
２．４自激振动振幅大小取决于每一振动周期 内系统获得 的能量与 或 消耗 振动 时 的 能 量 ，达 到 减振 的 目的 。减 振 装 置 可分为 阻 尼
消耗能量的比值。当获得的能量大于消耗的能量时，则振幅将不断增加， 减 振 器、动 力 减振 器、摩 擦 减 振 器 和 冲 击 减振 器。在 设计 ，使 用
６总 结
在切削表面上留下振纹，当第二次刀具总是完全重复或部分重复地切削
机 械 制 造 技 术 的发 展 日新 月异 ，需 要 我 们 学 习和 掌 握 的东
到前一次切肖６过的表面 。
西 非常 多，而 技 术 工人 只 局限于 操作 是 远 远 不够 的 。企业 耍发 展 ，
５．２振型耦合 颤振 原理
５．１再生颤振 原理
刀 具 材 料 相 匹 配 ；尽 量 使 粗车 刀 和 精车 刀 １次 装 夹 完 成 加
在稳定的切削过程中， 由于偶然的扰动 （如刀具碰到工件材料上 工任 务 ，以减 少频 繁换 刀造 成的 对刀误 差 。
的硬质点、余量不均匀等），引起工件与刀具发生相对的自由振动 ，从而
的 刚 度 。提 高 机 床 的 制 造 和 装 配 质 童可 使 接 触 刚 增 加 ，并 能
3.机械加工过程中的振动
第八节机械加工过程中的振动第八节机械加工过程中的振动一般说来，机械加工过程中的振动是一种十分有害的现象，它对于加工质量和生产效率都有很大影响，必须认真对待。
在切削过程中，当振动发生时，加工表面将恶化，产生较明显的表面振痕。
一、机械加工过程中的强迫振动（一）机械加工过程中的强迫振动（见P226）1、强迫振动：是由于工艺系统外界周期性干扰力的作用而引起的振动。
机械加工中的强迫振动与一般机械中的强迫振动没有什么区别，强迫振动的频率与干扰力的频率相同或是它的倍数。
2、强迫振动产生的原因：强迫振动的振源又来自机床内部的机内振源和来自机床外部的机外振源两大类。
机外振源甚多，但它们都是通过地基传给机床的，可通过加设隔振地基来隔离。
机内振源主要又：（1）机床电机的振动；（2）机床高速旋转件不平衡引起的振动；（3）机床传动机构缺陷引起的振动，如齿轮的侧隙、皮带张紧力的变化等；（4）切削过程中的冲击引起的振动；（5）往复运动部件的惯性力引起的振动3、强迫振动的特征：（见P227）（1）机械加工过程中的强迫振动，只要干扰力存在，其不会被衰减；（2）强迫振动的频率等于干扰力的频率；（3）在干扰力频率不变的情况下，干扰力的幅值越大，强迫振动的幅值将随之增大。
4、减少强迫振动的途径：（1）对工艺系统中的回转零件进行平衡处理；（2）提高工艺系统中传动件的精度：以减小冲击；（3）提高工艺系统的刚度；（4）隔振：隔离机外振源对工艺系统的干扰。
（二）机械加工过程中强迫振源的查找方法如果已经确认机械加工过程中发生了强迫振动，就要设法查找振源，以便去除振源或减小振源对加工过程的影响。
由强迫振动的特征可知，强迫振动的频率总是与干扰力的频率相等或是它的倍数，我们可以根据强迫振动的这个规律去查找强迫振动的振源。
二、机械加工过程中的自激振动（颤振）（一）机械加工过程中的自激振动（见P229）1、自激振动：机械加工过程中，在没有周期性外力作用下，由系统内部激发反馈产生的周期性振动，称为自激振动，简称颤振。
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机械加工中的自激振动
自激振动是在外界偶然因素激励下产生的振动，但维持振动的能量来自振动系统本身，并与切削过程密切相关。
这种在切削过程中产生的自激振动也叫做颤振。
由于切削过程本身的原因，在一定条件下，即使没有外加激振力维持，切削力也可能产生周期性的变化，并由这个周期性变化的动态力反过来对振动系统做功，即输入能量，来补偿系统由于阻尼耗散的能量，以加强和维持这种振动。
这种由振动过程本身所产生的周期性动态力所维持的振动，就是自激振动。
切削过程中产生的自激振动是频率较高的强烈振动，通常又称为颤振。
颤振常常是影响加工表面质量及生产效率的主要因素。
自激振动的振动频率接近于或略高于工艺系统的低频振型固有频率，这是区分自激振动与强迫振动的最本质特点。
1.再生自激振动原理
在切削或磨削加工中，一般进给量不大，刀具的副偏角较小，当工件转过一圈开始切削下一圈时，刀刃会与已切过的上一圈表面接触，即产生重叠切削。
重叠切削是再生颤振发生的必要条件，但并不是充分条件。
实际加工中，重叠切削极为常见，并不一定产生自激振动。
相反，如果系统是稳定的，非但不产生振动，还可以将前
一转留下的振纹切除掉。
除系统本身的参数外，再生颤振的另一个必要条件是前后两次波纹的相位关系。
2.振型耦合自激振动原理
在有些情况下，如车削方牙螺纹外表面时，在工件相继各转内不存在重叠切削现象，这样就不存在发生再生颤振的必要条件。
但生产中经常发现，当切削深度增加到一定程度时，仍然可能发生切削颤振。
可见，除了再生颤振外，还有其他的自激振动原因。
实验证明，在这种情况下发生的颤振，刀尖与工件相对运动的轨迹是一个形状和位置都不十分稳定的椭圆，通常称为变形椭圆，其长轴称为变形椭圆主轴。
振动轨迹为椭圆说明，颤振既发生在Y轴方向，也存在于Z轴方向，不是单自由度问题。
可用振型耦合自振原理来解释这种自激振动。