機械振動的原因及其防止措施

1、機械振動的原因及其防止措施鄧顯欣09機電二班【摘 要】：機械在其加工產(chǎn)品過程中會產(chǎn)生振動，惡化加工表面質(zhì)量，損壞切削刀具，降低生產(chǎn)率。本文圍繞振動的類型、產(chǎn)生的原因進行了詳細(xì)地闡述， 并提出了消減強迫振動和 自激振動的措施，對于保證加工工件的質(zhì)量要求， 提高生產(chǎn)率，創(chuàng)造良好工作環(huán)境具有重要 的現(xiàn)實意義。振動是在機械加工過程中，因機床工件或刀具發(fā)生周期性的跳動。它會使工 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，還會使機床、 夾具中的連接零件松動，縮短機床使用壽命，影響工件在夾具中的正確定位。一、機械加工振動的特征振動分強迫振動和自激振動兩種類型。具體特征如下。（一）強迫振動強迫

2、振動是物體受到一個周期變化的外力作用而產(chǎn)生的振 動。如在磨削過程中，由于電動機、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，都會引起機床的強迫振動，它將激 起機床各部件之間的相對振動幅值，影響機床加工工件的精度，如粗糙度和圓度。 對于刀具或做回轉(zhuǎn)運動的機床，振動還會影響回轉(zhuǎn)精度。強迫振動的特點是：1. 強迫振動本身不能改變十?dāng)_力，十?dāng)_力一般與切削過程無關(guān)（除由切削過 程本身所引起的強迫振動外）。十?dāng)_力消除，振動停止。如外界振源產(chǎn)生的十?dāng)_ 力，只要振源消除，導(dǎo)致振動的十?dāng)_力自然就不存在了。2. 強迫振動的振幅與十?dāng)_力，系統(tǒng)的剛度及阻尼大小有關(guān)。十?dāng)_力越大、剛

3、度及阻尼越小，則振幅越大，對機床的加工過程影響也就越大。（二）自激振動（頷振）由振動系統(tǒng)本身在振動過程中激發(fā)產(chǎn)生的交變力所引起的不衰減的振動，就是自激振動。即使不受到任何外界周期性十?dāng)_力的作 用，振動也會發(fā)生。如在磨削過程中砂輪對工件產(chǎn)生的摩擦?xí)鹱约ふ駝?。工件、機床系統(tǒng)剛性差，或砂輪特性選擇不當(dāng)，都會使摩擦力加大，從而使自激振動加劇。或由于刀具剛性差、刀具幾何角度不正確引起的振動，都屆于自激振動。自激振動的特點是：1. 自激振動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頷 振（一般頻率在5005000HZ及低頻頷振（一般頻率為 50500Hz）。2. 自激振動能否產(chǎn)生及其振幅

4、的大小，決定于每一振動內(nèi)系統(tǒng)所獲得的能量 與阻尼消耗能量的對比情況。二、振動產(chǎn)生的原因分析產(chǎn)生振動的原因復(fù)雜多變，根據(jù)機加工行業(yè)出現(xiàn)的振動現(xiàn)象及兩種不同類型 振動的表現(xiàn)形式，分析原因，大致如下：（一）強迫振動產(chǎn)生的原因：1. 機床上回轉(zhuǎn)件不平衡所引起的周期性變化的離心力。如由于電機或卡盤、 皮帶輪回轉(zhuǎn)不平衡引起的。2. 機床傳動零件缺陷所引起的周期性變化的傳動力。如因刀架、主軸軸承、 拖板塞鐵等機床部件松動或齒輪、軸承等傳動零件的制作誤差而引起的周期性振 動。3. 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。4. 往復(fù)運動部

5、件運動方向改變時產(chǎn)生的慣性沖擊。 如平面磨削過程的方向改 變或瞬時改變機床的回轉(zhuǎn)方向。5. 由外界其他振源傳來的十?dāng)_力。在鍛造車間附近，因空氣錘的振動引起其 他機床的強迫振動，甚至共振。（二）自激振動產(chǎn)生的原因：1. 切削過程中，切屑與刀具、刀具與工件之間摩擦力的變化。2. 切削層金屆內(nèi)部的硬度不均勻。在車削補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。3. 刀具的安裝剛性差，如刀桿尺寸太小或伸出過長，會引起刀桿頷動。4. 工件剛性差。如加工細(xì)長軸等剛性較差工件，會導(dǎo)致工件表面出現(xiàn)波紋或 錐度。5. 積屑瘤的時生時滅，時切削過程中刀具前角及切削層橫截面積不時改變。三

6、、防止和消除振動的方法（一）消減強迫振動的措施：1. 對高速回轉(zhuǎn)（600r/min以上）的零件進行平衡（靜平衡和動平衡）或設(shè) 置自動平衡裝置?；虿捎脺p振裝置。2. 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)整運動參數(shù)，使可能引起強迫振動的振源頻率，遠離機床加工薄弱模態(tài)的固有 頻率。3. 提高傳動裝置的穩(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。4. 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 運動沖擊。5. 將高精度機床的動力源與機床本體分置在兩個基礎(chǔ)上以實現(xiàn)隔振。常用的隔振材

7、料及隔振器有橡膠隔振器、泡沫橡膠、毛粘等。6. 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。7. 按均勻銖削條件適當(dāng)選擇鐵刀直徑， 齒數(shù)和螺旋角；增加鐵刀齒數(shù)；以順 銖代替逆銖；采用等距刀齒結(jié)構(gòu)，破壞十?dāng)_力的周期性。（二）消減自激振動的措施：1. 調(diào)整振動系統(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，如鯉孔時米用削扁鯉桿，車外圓時，車刀反裝。2. 通過改變切削用量和刀具幾何形狀， 減小重疊系數(shù)，如米用直角偏刀車外 圓。3. 減小切削速度，增大進給、主偏角、前角；4. 適當(dāng)提高切削速度；改善被加工材料的可加工性。5. 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（槿內(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，宜增大刀具的后角和前角。6. 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，宜取切削速度小于臨界切削速度。 縱車和切環(huán)形工件端面 時，切削速度大于臨界切削速度等。7. 提高工藝系統(tǒng)剛度，可提高抗振性。車刀安裝時不宜伸出過長，鯉刀盡可 能選得短而粗；盡量縮