機(jī)械加工振動(dòng)產(chǎn)生原因及解決方法！

振動(dòng)是在機(jī)械加工過程中，因機(jī)床工件或刀具發(fā)生周期性的跳動(dòng)。加工過程中如發(fā)生振動(dòng)，會(huì)使工件已加工表面上出現(xiàn)條痕或布紋狀痕跡，使表面光潔度顯著下降，還會(huì)使機(jī)床、夾具中的連接零件松動(dòng)，縮短機(jī)床使用壽命，影響工件在夾具中的正確定位。此外，由于振動(dòng)，勢必降低切削速度，損壞切削工具，降低生產(chǎn)率，造成噪聲污染。

1、機(jī)械加工振動(dòng)的表現(xiàn)和特點(diǎn)
振動(dòng)分強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)兩種類型。具體表現(xiàn)和特點(diǎn)如下。



1.1 強(qiáng)迫振動(dòng) 強(qiáng)迫振動(dòng)是物體受到一個(gè)周期變化的外力作用而產(chǎn)生的振動(dòng)。如在磨削過程中，由于電動(dòng)機(jī)、高速旋轉(zhuǎn)的砂輪及皮帶輪等不平衡，三角皮帶的厚薄或長短不一致，油泵工作不平穩(wěn)等，都會(huì)引起機(jī)床的強(qiáng)迫振動(dòng)，它將激起機(jī)床各部件之間的相對(duì)振動(dòng)幅值，影響機(jī)床加工工件的精度，如粗糙度和圓度。對(duì)于刀具或做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，振動(dòng)還會(huì)影響回轉(zhuǎn)精度。



強(qiáng)迫振動(dòng)的特點(diǎn)是：



強(qiáng)迫振動(dòng)本身不能改變干擾力，干擾力一般與切削過程無關(guān)(除由切削過程本身所引起的強(qiáng)迫振動(dòng)外)。干擾力消除，振動(dòng)停止。如外界振源產(chǎn)生的干擾力，只要振源消除，導(dǎo)致振動(dòng)的干擾力自然就不存在了。



強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率與外界周期干擾力的頻率相同，或是它的整倍數(shù)。



干擾力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率的比值等于或接近與1時(shí)，產(chǎn)生共振，振幅達(dá)到最大值。此時(shí)對(duì)機(jī)床加工過程的影響最大。



強(qiáng)迫振動(dòng)的振幅與干擾力，系統(tǒng)的剛度及阻尼大小有關(guān)。干擾力越大、剛度及阻尼越小，則振幅越大，對(duì)機(jī)床的加工過程影響也就越大。



1.2 自激振動(dòng)(顫振) 由振動(dòng)系統(tǒng)本身在振動(dòng)過程中激發(fā)產(chǎn)生的交變力所引起的不衰減的振動(dòng)，就是自激振動(dòng)。即使不受到任何外界周期性干擾力的作用，振動(dòng)也會(huì)發(fā)生。如在磨削過程中砂輪對(duì)工件產(chǎn)生的摩擦?xí)鹱约ふ駝?dòng)。工件、機(jī)床系統(tǒng)剛性差，或砂輪特性選擇不當(dāng)，都會(huì)使摩擦力加大，從而使自激振動(dòng)加劇。或由于刀具剛性差、刀具幾何角度不正確引起的振動(dòng)，都屬于自激振動(dòng)。



自激振動(dòng)的特點(diǎn)是：



自激振動(dòng)的頻率等于或接近系統(tǒng)的固有頻率。按頻率的高低可分為高頻顫振(一般頻率在500～5000Hz)及低頻顫振(一般頻率為50～500Hz)。



自激振動(dòng)能否產(chǎn)生及其振幅的大小，決定于每一振動(dòng)內(nèi)系統(tǒng)所獲得的能量與阻尼消耗能量的對(duì)比情況。



由于持續(xù)自激振動(dòng)的干擾力是由振動(dòng)過程本身激發(fā)的，故振動(dòng)中止，干擾力及能量補(bǔ)充過程立即消失。

2、振動(dòng)產(chǎn)生的原因分析
產(chǎn)生振動(dòng)的原因復(fù)雜多變，根據(jù) 行業(yè)出現(xiàn)的振動(dòng)現(xiàn)象及兩種不同類型振動(dòng)的表現(xiàn)形式，分析原因，大致如下：



2.1 強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因：



機(jī)床上回轉(zhuǎn)件不平衡所引起的周期性變化的離心力。如由于電機(jī)或卡盤、皮帶輪回轉(zhuǎn)不平衡引起的。



機(jī)床傳動(dòng)零件缺陷所引起的周期性變化的傳動(dòng)力。如因刀架、主軸軸承、拖板塞鐵等機(jī)床部件松動(dòng)或齒輪、軸承等傳動(dòng)零件的制作誤差而引起的周期性振動(dòng)。



切削過程本身不均勻性所引起的周期性變化的切削力。如車削多邊形或表面不平的工件及在車床上加工外形不規(guī)則的毛坯工件。



往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)方向改變時(shí)產(chǎn)生的慣性沖擊。如平面磨削過程的方向改變或瞬時(shí)改變機(jī)床的回轉(zhuǎn)方向。



由外界其他振源傳來的干擾力。在鍛造車間附近，因空氣錘的振動(dòng)引起其他機(jī)床的強(qiáng)迫振動(dòng)，甚至共振。



2.2 自激振動(dòng)產(chǎn)生的原因:



切削過程中，切屑與刀具、刀具與工件之間摩擦力的變化。



切削層金屬內(nèi)部的硬度不均勻。在車削補(bǔ)焊后的外圓或端面而出現(xiàn)的硬度不均現(xiàn)象，常常引起刀具崩刀及車床自振現(xiàn)象。



刀具的安裝剛性差，如刀桿尺寸太小或伸出過長，會(huì)引起刀桿顫動(dòng)。



工件剛性差。如加工細(xì)長軸等剛性較差工件，會(huì)導(dǎo)致工件表面出現(xiàn)波紋或錐度。



積屑瘤的時(shí)生時(shí)滅，時(shí)切削過程中刀具前角及切削層橫截面積不時(shí)改變。切削量不合適引起的振動(dòng)，切削寬而薄的切削易振動(dòng)。

3、防止和消除振動(dòng)的方法
3.1 消減強(qiáng)迫振動(dòng)的措施:



對(duì)高速回轉(zhuǎn)(600r/min以上)的零件進(jìn)行平衡(靜平衡和動(dòng)平衡)或設(shè)置自動(dòng)平衡裝置?；虿捎脺p振裝置。



調(diào)整軸承及鑲條等處的間隙，改變系統(tǒng)的固有頻率，使其偏離激振頻率；調(diào)整運(yùn)動(dòng)參數(shù)，使可能引起強(qiáng)迫振動(dòng)的振源頻率，遠(yuǎn)離機(jī)床加工薄弱模態(tài)的固有頻率。



提高傳動(dòng)裝置的穩(wěn)定性，如在車床或磨床上采用少接頭、無接頭皮帶，傳動(dòng)皮帶應(yīng)選擇長短一致。用斜齒輪代替直齒輪，在主軸上安裝飛輪等。



在精密磨床上用葉片泵代替齒輪泵，在液壓系統(tǒng)中采用緩沖裝置等以消除運(yùn)動(dòng)沖擊。



將高精度機(jī)床的動(dòng)力源與機(jī)床本體分置在兩個(gè)基礎(chǔ)上以實(shí)現(xiàn)隔振。常用的隔振材料及隔振器有橡膠隔振器、泡沫橡膠、毛粘等。



適當(dāng)選擇砂輪的硬度、粒度和組織，適當(dāng)休整砂輪，減輕砂輪堵塞，減少磨削力的波動(dòng)。



按均勻銑削條件適當(dāng)選擇銑刀直徑，齒數(shù)和螺旋角；增加銑刀齒數(shù)；以順銑代替逆銑；采用等距刀齒結(jié)構(gòu)，破壞干擾力的周期性。



刮研接觸面，提高接觸剛度；采用跟刀架、中心架等增強(qiáng)工藝系統(tǒng)剛度。選擇較好的砂輪架導(dǎo)軌形式。



采用粘結(jié)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)件及薄壁封砂結(jié)構(gòu)的床身等，增加阻尼，提高抗振能力。



隔離外來振動(dòng)的影響，采取隔振措施，如在磨床砂輪電動(dòng)機(jī)底座和墊板之間墊上具有彈性的木版或硬膠皮等。



3.2 消減自激振動(dòng)的措施：



調(diào)整振動(dòng)系統(tǒng)小剛度主軸的位置，使其處于切削力F與加工表面的法線方向的夾角范圍之外，如鏜孔時(shí)采用削扁鏜桿，車外圓時(shí)，車刀反裝。



通過改變切削用量和刀具幾何形狀，減小重疊系數(shù)，如采用直角偏刀車外圓。



減小切削速度，增大進(jìn)給、主偏角、前角；



適當(dāng)提高切削速度；改善被加工材料的可加工性。



增加切削阻尼；適當(dāng)減小刀具的后角；在后刀面上磨出消振棱；適當(dāng)增大鉆頭的橫刃；適當(dāng)使刀尖高于(車外圓)、低于(樘內(nèi)孔)工件中心線，以獲得小的工作后角。為消減刀具的高頻振動(dòng)，宜增大刀具的后角和前角。



調(diào)整切削速度，避開臨界切削速度。在切斷、車端面或使用寬刃刀具、成形刀具和螺紋刀具時(shí)，宜取切削速度小于臨界切削速度?？v車和切環(huán)形工件端面時(shí)，切削速度大于臨界切削速度等。



提高工藝系統(tǒng)剛度，可提高抗振性。車刀安裝時(shí)不宜伸出過長，鏜刀盡可能選得短而粗；盡量縮短尾座套筒的伸出長度；加工細(xì)長軸時(shí)，采用中心架或跟刀架，或用主偏角很大的細(xì)長軸車刀來消除振動(dòng)。



盡可能不采用容易產(chǎn)生積屑瘤的切削速度。



采用合適的切削用量?？刹捎脺p少切削寬度，同時(shí)增加切削厚度。

4、結(jié)束語
機(jī)械加工過程產(chǎn)生的振動(dòng)非常復(fù)雜，是需要日常的不斷分析和總結(jié)，根據(jù)不同情況分析原因，采取措施加以消除和控制，以保證加工工件的質(zhì)量要求，提高生產(chǎn)率，創(chuàng)造良好工作環(huán)境。