錢時(shí)林

（池州市弘泰安全技術(shù)事務(wù)有限責(zé)任公司，池州 247100）

機(jī)械加工過程中的振動(dòng)問題分析及解決策略

錢時(shí)林

（池州市弘泰安全技術(shù)事務(wù)有限責(zé)任公司，池州 247100）

機(jī)械加工過程中的振動(dòng)問題會(huì)嚴(yán)重影響加工質(zhì)量與精度。本文分析機(jī)械加工中振動(dòng)問題的類型、特征與振源，探討查找診斷及解決方法，以期準(zhǔn)確把握振動(dòng)問題的表現(xiàn)、成因及診斷方法，從而預(yù)防并控制振動(dòng)問題的危害。

機(jī)械加工振動(dòng)振源診斷

機(jī)械加工過程中的振動(dòng)問題會(huì)嚴(yán)重影響加工質(zhì)量與精度，降低生產(chǎn)效率。為做好振動(dòng)問題的預(yù)防與控制，確保工件質(zhì)量與加工精度，必須明確加工過程中振動(dòng)問題的表現(xiàn)及成因，做好診斷及應(yīng)對(duì)。下面簡(jiǎn)要探討機(jī)械加工過程中的振動(dòng)問題及解決方法。

1機(jī)械加工過程中的振動(dòng)問題

1.1振動(dòng)類型與特征

機(jī)械加工中的振動(dòng)問題不僅易引發(fā)作業(yè)疲勞，影響工作效率，還會(huì)導(dǎo)致機(jī)床零件壽命縮短、安全性、可靠性下降，造成刀具損傷，降低加工工件精度與效率，危害較大。機(jī)械加工過程中的振動(dòng)問題主要集中在切削振動(dòng)方面，以強(qiáng)迫振動(dòng)與自激振動(dòng)為主。前者的發(fā)生是由外界力量干擾或者工藝系統(tǒng)內(nèi)部影響所致，后者的發(fā)生是無外力作用下系統(tǒng)內(nèi)部激發(fā)反饋形成的周期性振動(dòng)。

強(qiáng)迫振動(dòng)在表現(xiàn)上多數(shù)同外界作用力保持著同步頻率或整數(shù)倍。振動(dòng)的發(fā)生同切削過程不均勻或者干擾力影響切削過程等有關(guān)。外界干擾力一旦消失，振動(dòng)也會(huì)隨之停止。振動(dòng)振幅同工藝系統(tǒng)剛度、阻尼大小及干擾力大小密切相關(guān)。干擾頻率不變，工藝系統(tǒng)剛度、阻尼越小振動(dòng)幅度越大。若是機(jī)械加工過程中干擾力頻率同工藝系統(tǒng)頻率相近，則容易發(fā)生共振現(xiàn)象，從而出現(xiàn)最大振幅。

自激振動(dòng)因系統(tǒng)內(nèi)在反饋?zhàn)饔眯纬?，所以振?dòng)頻率同系統(tǒng)接近。它的振動(dòng)是否產(chǎn)生或者振幅大小同系統(tǒng)自身獲取能量、阻尼消耗能量密切相關(guān)。若是維持振動(dòng)的作用力來源于切削工藝本身，則一旦停止加工，振動(dòng)立即消失。

1.2振動(dòng)振源

自激振動(dòng)的振源主要集中在系統(tǒng)內(nèi)部，強(qiáng)迫振動(dòng)振源則多集中在外部。前者多與機(jī)械加工切削過程中偶然性作用因素如工件材質(zhì)問題、加工余量變化等有關(guān)，形成包括振動(dòng)系統(tǒng)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)在內(nèi)的閉合系統(tǒng)，以穩(wěn)定且循環(huán)的振動(dòng)為主要表現(xiàn)。

強(qiáng)迫振動(dòng)振源具有多樣性，如機(jī)械加工過程中切削過程中銑削、拉削加工作用力變化，工件表面切削力變化，回旋零件如電動(dòng)機(jī)、砂輪、帶輪、卡盤、工件等不平衡引發(fā)的離心力影響，或者機(jī)械加工機(jī)床液壓泵工作液壓力脈動(dòng)變化、齒輪安裝不精、軸承滾動(dòng)體誤差等元器件引發(fā)的傳動(dòng)力變化。這些都是強(qiáng)迫振動(dòng)的典型振源。若是某些機(jī)械部件在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中發(fā)生改變，所產(chǎn)生的慣性沖擊力也會(huì)造成強(qiáng)迫振動(dòng)。同時(shí)，來自外界的諸多干擾力也會(huì)成為振源。

2機(jī)械加工過程中振動(dòng)問題的解決方法

2.1做好不同振動(dòng)的查找診斷

機(jī)械加工中一旦發(fā)生振動(dòng)問題，要立即明確振動(dòng)性質(zhì)并查找振源，以便及時(shí)消除振源對(duì)機(jī)械加工精度與質(zhì)量的影響。

強(qiáng)迫振動(dòng)本身有著顯著特征，從特征入手，結(jié)合振動(dòng)表現(xiàn)規(guī)律、常見振源等進(jìn)行查找并診斷。強(qiáng)迫振動(dòng)由于振源多來自外界，所以可采用現(xiàn)場(chǎng)拾振、環(huán)境試驗(yàn)、空運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)等進(jìn)行明確?，F(xiàn)場(chǎng)拾振是對(duì)現(xiàn)有條件下機(jī)械加工情況進(jìn)行頻譜分析，利用速度或力傳感器收集振動(dòng)信號(hào)并進(jìn)行頻譜分析，根據(jù)峰值點(diǎn)表現(xiàn)確定振動(dòng)頻率成分。環(huán)境試驗(yàn)主要對(duì)機(jī)械加工外界環(huán)境中存在的振源進(jìn)行明確，停機(jī)狀態(tài)下對(duì)振動(dòng)信號(hào)頻譜進(jìn)行采集、拾取并分析，結(jié)合振動(dòng)頻率表現(xiàn)確定干擾源頻率成分并明確其來源。以環(huán)境試驗(yàn)獲得的振動(dòng)頻率成分，同開機(jī)后機(jī)械加工過程中的振動(dòng)頻率成分進(jìn)行對(duì)比，若完全一致則確定為外界振源，并及早發(fā)現(xiàn)振源進(jìn)行排除；若不一致，則需要結(jié)合空運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)情況查找機(jī)內(nèi)振源。空運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)查找機(jī)內(nèi)振源時(shí)，要按照加工要求運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)拾取與分析，并結(jié)合實(shí)際加工過程中的頻譜圖進(jìn)行對(duì)比。去除外界干擾振源影響后，若頻譜對(duì)比結(jié)果相同，則可判定為強(qiáng)迫振動(dòng)且振源在機(jī)床內(nèi)部；若不一致，則意味著強(qiáng)迫振動(dòng)同自激振動(dòng)均存在，需要做進(jìn)一步診斷。

自激振動(dòng)要根據(jù)振動(dòng)頻率、范圍、性質(zhì)等明確振源所在，如元器件、系統(tǒng)工藝、設(shè)備自身等，通過逐步排查法尋找振源并進(jìn)行排除。自激振動(dòng)由于同系統(tǒng)工藝聯(lián)系緊密，查找診斷方面難度相對(duì)較低。對(duì)振動(dòng)振源在內(nèi)部的自激振動(dòng)，要在機(jī)床內(nèi)部進(jìn)行查找，如可采用單獨(dú)驅(qū)動(dòng)機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行空運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)確定振源，或者對(duì)可能成為振源的高危元器件、運(yùn)動(dòng)部件等進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)結(jié)合參數(shù)計(jì)算、干擾力頻率表現(xiàn)及運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)譜線圖等確定具體位置。

2.2采取消除振動(dòng)的有效舉措

在明確振動(dòng)類型、性質(zhì)及振源后，要采取針對(duì)性舉措減少并消除振動(dòng)。要嚴(yán)格控制振動(dòng)產(chǎn)生條件，加強(qiáng)振源監(jiān)控，配備各類消振、減振裝置，改善工藝系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性，以達(dá)到消除振動(dòng)的目的。

強(qiáng)迫振動(dòng)的消除，要針對(duì)易產(chǎn)生振動(dòng)的振源及途徑加強(qiáng)控制。比如，對(duì)工藝系統(tǒng)中各類回轉(zhuǎn)部件加強(qiáng)平衡處理，減少系統(tǒng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)改變時(shí)帶來的慣性沖擊力，控制好機(jī)床液壓泵工作液壓力、減少軸承滾動(dòng)體誤差、精確安裝齒輪等，保證傳動(dòng)件精度，配合提升系統(tǒng)剛度、添加隔振裝置等舉措達(dá)到消除振動(dòng)的效果。尤其是機(jī)床加工中高速旋轉(zhuǎn)零部件，必須做好控制，采取改變傳動(dòng)力、轉(zhuǎn)速比等舉措，避免發(fā)生共振。隔離措施的應(yīng)用則可根據(jù)機(jī)械加工情況選擇主動(dòng)隔振或者被動(dòng)隔振舉措。對(duì)于來自外界的干擾力，要從周圍環(huán)境入手，處理好動(dòng)力源、電動(dòng)機(jī)、油泵等同機(jī)床之間的位置，注意適當(dāng)添加彈性木板、硬膠皮墊或者開挖防振溝等，預(yù)防強(qiáng)迫振動(dòng)。

自激振動(dòng)的消除可采取減少切削剛度、增加阻尼、調(diào)整主軸位置等舉措。機(jī)械加工中消振裝置的應(yīng)用可結(jié)合實(shí)際情況選擇摩擦式、沖擊式或者動(dòng)力式減震器等。在改善工藝系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性時(shí)，可通過增大阻尼、提高剛度等舉措達(dá)到減振消振效果。

除此之外，還要根據(jù)機(jī)械加工要求調(diào)整切削參數(shù)、選擇合適切削用量，通過減小重疊系數(shù)保證切削工藝的穩(wěn)定性與可靠性，以期在保證機(jī)械加工效果的前提下達(dá)到減振消振目的。在選擇切削用量時(shí)，注意結(jié)合加工表面粗糙度要求對(duì)進(jìn)給量、切削深度進(jìn)行調(diào)整，在提升加工質(zhì)量與效率的同時(shí)減少自激振動(dòng)產(chǎn)生。機(jī)械加工過程中，還要合理安排不同設(shè)備位置，對(duì)機(jī)床、刀具、工件等的安裝做好位置審核，對(duì)加工過程中方位角、剛度比、正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)等指標(biāo)進(jìn)行合理控制，以確保加工過程順利完成，提升加工效率，保證加工質(zhì)量。

3　結(jié)束語

綜上所述，機(jī)械加工過程中振動(dòng)問題的發(fā)生同多種因素有關(guān)。要明確強(qiáng)迫振動(dòng)與自激振動(dòng)的特征、表現(xiàn)及振源，做好查找與診斷，采取有效舉措預(yù)防、控制振動(dòng)問題影響，保證機(jī)械加工的質(zhì)量與精度。

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The Vibration Problem in Machining Analysis and Solutions

QIAN Shilin
（ChizhouHongtaisecuritytechnologyserviceslimitedliability company，Chizhou 247100）

The problem of vibration in machining will affect the machining quality and precision seriously.Is analyzed in this paper types，features and source of vibration problems in machining，to find the diagnosis and solution，in order to accurately grasp the vibration problemofthemanifestations，causesanddiagnosticmethods，to prevent and control the harm of vibration.

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