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。加工過程中如發(fā)生振動，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。此外，由于振動，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、機械加工振動的表現(xiàn)和特點
振動分強迫振動和自激振動兩種類型。具體表現(xiàn)和特點如下。



1.1 強迫振動 強迫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：



強迫振動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迫振動外)。干擾力消除，振動停止。如外界振源產(chǎn)生的干擾力，只要振源消除，導(dǎo)致振動的干擾力自然就不存在了。



強迫振動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，產(chǎn)生共振，振幅達(dá)到最大值。此時對機床加工過程的影響最大。



強迫振動的振幅與干擾力，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，對機床的加工過程影響也就越大。



1.2 自激振動(顫振) 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干擾力的作用，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，都屬于自激振動。



自激振動的特點是：



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)。



自激振動能否產(chǎn)生及其振幅的大小，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。



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

2、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) 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：



2.1 強迫振動產(chǎn)生的原因：



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。



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。



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)運動部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。



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



2.2 自激振動產(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，會引起刀桿顫動。



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。



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。切削量不合適引起的振動，切削寬而薄的切削易振動。

3、防止和消除振動的方法
3.1 消減強迫振動的措施:



對高速回轉(zhuǎn)(600r/min以上)的零件進(jìn)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。



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(yuǎn)離機床加工薄弱模態(tài)的固有頻率。



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。



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。



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。



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。



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



3.2 消減自激振動的措施：



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，如鏜孔時采用削扁鏜桿，車外圓時，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，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，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，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，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。



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。可采用減少切削寬度，同時增加切削厚度。

4、結(jié)束語
機械加工過程產(chǎn)生的振動非常復(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。