机械加工中的振动分析及其控制措施 丛淼淼

机械加工中的振动分析及其控制措施 丛淼淼
摘要：机械设备振动是机械加工中的常见问题，其是生产质量的影响因素之一。
因此，在机械加工过程中，要采取有效的措施控制机械振动情况的发生，以此提
高生产质量。基于此，本文分析了机械加工中的振动类型，并对其具体的发生原
因进行了分析，进而对机械加工中机械振动的控制措施展开了探讨，以期为机械
加工企业提供参考。
关键词：机械加工；机械振动；控制措施
在机械加工逐渐呈现出智能化与数字化发展趋势的当下，机械设备的生产工
艺不断优化，可以实现高效率与高质量的产品生产加工。然而在具体的加工过程
中，由于刀具会与加工件之间产生周期性运动，因此加工时不可避免地会出现振
动问题，为了解决这一问题以免其对加工产品的质量产生影响，必须根据振动产
生的原因制定合理的解决方案，以此避免此类问题的重复出现。
一、机械加工的振动问题及其发生原因分析
1、机械加中工常见的机械问题
在机械生产加工过程中，极易出现振动问题，机械振动主要可分成三种不同
的类型，一是自由振动，外界存在一定的干扰力会破坏机械系统的平衡，致使其
出现大小不一的弹性，进而导致机械振动问题出现。此种机械振动不会对机械加
工产生较大影响，这是因为机械加工时，系统自身会产生一定的阻力，进而可将
自动振动所产生的影响进行弱化。二是强迫振动，三是自激振动，这两种机械振
动对机械加工所产生的影响作用相对较高，且系统自身不具备削弱强迫振动与自
激振动的能力，因此，应对机械振动产生的具体原因及振动特点进行相应的探讨。
以找出消除强迫振动与自激振动的有效方法。
2、各种机械振动的发生原因
（1）自由振动
自动振动发生的原因是由于受到外界因素的干扰，在机械加工时其切削力会
发生改变进而产生一定的冲击力，进而会破坏机械加工系统的平衡性。此种振动
发生的本质是将限制机械系统振动的作用力进行了消除而导致机械振动问题的出
现，这是所有机械加工振动当中最容易预防与控制的机械振动，对系统产生的影
响也相对较小。
（2）强迫振动
在机械加工系统的内部因素及外部因素的共同影响下会产生强迫振动。由于
外界会产生连续性的干扰，因此机械加工系统会产生内外交替性变化，进而会对
加工产品产生影响，也会影响机械设备的正常运行。其他机床的运行影响即为外
部因素，主要是在机械安装时未能控制好机械设备之间的距离，致使机械同步运
行时，其他机械会对机械设备的加工过程产生影响，进而使之出现振动问题，同
时，地基可对此种振动进行传导，因此一旦出现强迫振动，难以得到有效控制，
并且在机械加工中难以完全消除强迫振动的外部影响因素。而内部因素的存在主
要为机床自身电动机振动、高速回旋零件不平衡、机床传动机构自身缺陷等产生
的振动。另外如果产品在加工切削环节操作失误均匀性不达标，或者是无法连续
作业，也会造成机械振动。
（3）自激振动
通常外力的周期性干扰不会产生自激振动，此机械振动是由于系统内部出现
刺激所产生的周期性振动而导致的。在机械加工过程中，很多情况下加工刀具会
与工件处于相对状态，便会在产品表面上产生明显的振纹，影响产品质量。就机
械加工自激振动问题的研究现状来看，并没有统一确定其产生原因，相应的在加
工阶段中对控制措施的选择具有更大的灵活性，但是想要获得明显的效果，还需
在现有基础上持续研究。
二、机械加工振动问题的有效控制措施分析
1、控制强迫振动的方法
在机械加工中出现强迫振动问题时，其处于简谐振动状态中，如果将交变激
振力进行削弱或彻底消除，施加于机械加工系统的强迫振动将会逐步停止。同时，
如果强迫振动与外界的激振力频率相统一后，机械系统所产生的固有频率将不会
对其产生影响。此外，激振力幅值的大小会对强迫振动的幅值产生影响，并且机
械加工系统的动态特性也会改变强迫振动的幅值，因此，在对强迫振动控制时必
须将这两个因素纳入考量。明确具体的振源、结合具体的机械振动情况合理进行
强迫振动的消除，具体的控制措施有以下几种：
（1）降低激振力
对于转速超过600r/min的机床零件，如卡盘、砂轮、刀盘以及电动机转子等，
需要进行平衡达到降低甚至消除激振力的目的。同时还可以提高链传动、带传动、
齿轮传动等传动装置的稳定性，常见的如利用完善带接头胶合平带，或者是利用
斜齿轮代替直齿轮等，降低系统换向速度。
（2）对振源频率进行合理调节
在确定系统加工转速时，尽量将引起受迫振动的振源频率远离系统固有频率，
以免在加工过程中产生共振加大影响。同时，还应设置减振设备，将消振、减振
附件添加到加工系统内，有效吸收或者消除振动能量，降低振动产生的影响，同
时还可以在一定程度上抑制自激振动，具有良好的实用效果。
（3）采取适合的隔振措施
对加工系统应用隔振措施，即利用弹性隔振装置对需要防振处理的机床或部
件与振源进行有效隔离，通过吸收的大部分振动能量后，减少对系统的影响。常
见的如对电动机与机床设置橡胶垫隔离振源，并在机床下安装隔振器，或者是在
机床四周开挖隔振沟，并在沟内填充纤维、锯木屑、软木等。另外，还应对加工
系统进行优化，提高其刚度与阻尼，增强系统抗振能力。
2、控制自激振动的方法
由于产品切削加工过程中会出现振颤，因此才会出现自激振动，此种振动不
可衰减，但如果振颤停止，此类机械振动会自行消失。通过分析机械的运行特点
可发现振颤频率与系统的固有频率较为接近，各个振动周期内所输入或损耗的能
量比例是决定振颤产生及保持的关键，因此，可采用以下方式进行自激振动的控
制：
（1）合理确定切削用量
为提高产品加工效率，一般会选择较高的切削速度，在速度为20～70m/min
时，系统产生自振的概率大，除去此范围则振动会相对较低，可以根据实际
情况来确定切削速度。另外，就以往经验来看，进给量和背吃刀量均与振幅有着
密切联系，并且在应用较大进给量与较小背吃刀量时系统颤振最小。
（2）优化系统的抗振性能
加工系统自身具有较高的抗振性能，将会降低自激振动对产品加工结果的影
响。因此，可以采取措施来提高系统接触刚度。如加工时使用的是细长轴，且加
工件的刚性不佳将会导致加工件变形并导致振动问题出现，因此需要设置弹性顶
尖与辅助支承提高工件抗振性，并且还要利用切削液来减小工件的热膨胀变形。
结语
由于受到外因及内因两种因素的影响，在机械加工时可能会出现机械振动问
题，由于机械振动有多种类型，并且各自的产生原因并不一致，所产生的影响也
有所不同，因此应基于各种机械振动的发生原因而进行控制措施的选择与应用，
综合分析各个方面的影响因素，整体提升系统的抗振能力，进而有效解决机械振
动问题。
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