机械加工振动产生的原因及消除方法

发表时间:2018/7/12   来源:《新材料.新装饰》2018年2月上   作者:高旭东
[导读] 众所周知,在机械加工的过程中,存在着一个普遍的现象那就是机械振动,其实,机械振动是由多方面的因素造成的。本文主要对机械加工过程中,机械振动的分类和特点进行了阐述,

(河北省张家口市宣化钢铁机械制造有限责任公司,075100)
摘要:众所周知,在机械加工的过程中,存在着一个普遍的现象那就是机械振动,其实,机械振动是由多方面的因素造成的。本文主要对机械加工过程中,机械振动的分类和特点进行了阐述,对机械振动的成因和影响展开了分析,同时对如何更好的解决机械振动产生的不利影响进行了深入的研究。
关键词:机械加工;振动产生;原因;消除方法

 
        引言
        机械加工是一项长期、循环往复的过程,由于长时间的运行,刀具和工件往往会受到很大的影响,因而不可避免的出现机械振动的情况。在振动现象的影响下,加工部件的精度大大被降低,这对生产率的提高是非常不利的。所以,应根据机械加工中出现的振动类型和产生的原因加以分析,采取有效的手段来降低或消除振动,从而提高机械生产的效率和质量。 
        1 机械加工振动类型
        在长时间的分析和实践中,按照机械振动产生的原因来分可以分为三类:自由振动、强迫振动和自激振动。在机械运转时如果振动系统受到激振力的作用时会破坏机械的平衡状态,把能约束激振力的方式叫做自由振动,制造企业的机械加工系统自身具有一定阻尼,因此,自由振动会相对减弱,不会对机械加工产生过多的负面影响,属于机械加工振动中影响最小的一种振动。而不同于自由振动,受迫振动和自激振动本身不能靠系统自身减弱振动,相反会对机械加工产生严重影响,本文接下来将对受迫振动及减振措施和自激振动及减振措施进行详细的分析和探讨。
        2 振动产生的原因分析
        2.1自由振动产生的原因
        发生自动振动形式的主要原因是由于机械系统自身的弹力、重力作用下形成的,而没有任何外力参与。因为组你和内耗都是振动系统中的一部分,比如简谐振动等,因此产生自由振动的原因是由于弹性元件或者惯性元件引发的。
        2.2强迫振动产生的原因
        2.2.1高速回转出现不平衡状态,机械机床中高速回转的零件非常多,其中包括主轴、电机、皮带、磨床中的砂轮等等,就是由于出现不平衡状态导致出现离心惯性作用。
        2.2.2机床传动零件缺陷所引起的周期性变化的传动力。在机械运转时因刀架、主轴承、拖板塞铁等部件松动或者由于轴承、齿轮等传动部件的制作误差而引发的周期性的转动。
        2.2.3由于切削过程本身不均匀性所引起的周期性变化的切削力。例如在机械运转时需要车削多边形或者表面不平工件引起的振动。
        2.2.4往复运动部件产生的惯性冲击。如平面磨削过程的方向改变或瞬时改变机床的回转方向。
        2.2.5由外界其他振源传来的干扰力。机械运转时锻造车间附近因空气锤的振动引起的共振现象。
        2.3自激振动产生的原因
        2.3.1机械加工时,会有切削的过程,切削形成的切屑会与刀具之间形成摩擦现状,一旦摩擦力有所改变,那么自激震动就会产生。
        2.3.2由于切削层金属内部的硬度不均匀而引起的振动。
        2.3.3由于机械刀具的安装刚性差而引起刀杆颤动。



        2.3.4工件刚性差而引发的震动,比如在加工细长轴等刚性差的工件时,会导致工件表面出现波纹或锥度。
        3 机械加工过程中机械振动的消除方法
        3.1减少强迫振动的措施
        机械加工中产生的强迫振动是由周期性激振力引起,强迫振动的频率总是与干扰力的频率相等或是其倍数,因此消除或者减少这种振动的首要问题是找出振动源。
        3.1.1减小激振力。激振力是由机械加工过程中回转的不平衡质量引起的,减小激振力就是减小因回转元件的不平衡所引起的离心惯性力及冲击力,首先,对600 rpm/min以上的高速回转原件,如砂轮、刀盘以及电动机转子等设置自动平衡装置;其次通过对设备的维护,例如提高设备参数精度等使得传动装置的稳定性得以提高;最后是通过对与联轴器相联的各轴轴心线间的同轴度的调整等,提高传动的稳定性。三是提高传动的稳定性,改善以联轴器相联的各轴轴心线间的同轴度,从高速轴或主轴上除去带动润滑油泵的凸轮,同时提高制造精度和装配质量。
        3.1.2调节振源频率。强迫振动的频率与振源频率相等或成倍数关系。在机械加工中,对加工系统的固有频率的设置,能够大大减少共振现象的发生,主要措施包括:①调节激振力频率,避开系统的固有频率;②调节轴承与镶条等部件的间隙,使其偏离激振频率;③对机械加工系统中的运动参数进行调节,有效避免可能产生的强迫振动的振源频率;④设计机械加工设备的结构时,要协调工艺系统中各部件的固有频率,使其远离共振区的频率。 
        3.1.3增加系统阻尼。增大阻尼是提高动刚度和振动稳定性的有效措施,主要方法是在机床主轴上加装电流变液阻尼器、对滚动轴承适当预紧、将型砂或混凝土等阻尼材料填充在支承件的零部件臂中,在机械加工系统中的承受弯曲振动的支承件的表面喷涂一层有高内阻和较高弹性模量的黏性材料等。提高系统结构动刚度的主要方法是提高加工设备的结构件刚度。
        3.2自激振动控制措施
        自激振动主要影响因素来源于受切削过程中的工艺系统内部,因此对自激振动控制应该从机械加工中的切削用量、刀具几何参数以及切削过程中的阻尼进行控制,减小或消除自激振动。
        3.2.1减小重叠系数。重叠系数对系统再生效应的大小影响很大,因此,通过改变切削用量和刀具几何形状,尽量减小μ值,可提高切削的稳定性。
        3.2.2选择刀具几何角度时要合理,正交平面内的前角与后角是基本角度;切削平面内的刃倾角;基面的主偏角与副偏角等各种刀具几何角度。
        3.2.3提高机械设备的准确度,定时为机械设备进行维修和保养,尤其是精确分析轴承。
        3.2.4吸振器的运用,利用弹性元件将质量块加到系统上,目的是让弹性元件的力来抵消系统激振力,最终减少振动。
        4 结束语
        在机械设备的加工过程中,机械振动的危害是巨大的,机械振动不仅容易影响机械加工的精确度,影响加工质量,同时还容易影响机械设备的生产效率。因此,在实际的加工过程中,应该认识到产生震动的原因,深入研究振动现象后的基本规律,合理利用机械加工中产生的振动,只有这有这样才能加工出高水准的零件。

参考文献
[1]余建国.机械加工过程中机械振动的成因分析[J].山东工业技术,2014,24:10.
[2]李渊.分析机械加工过程中机械振动问题的解决[J].民营科技,2015,05:37.
[3]潘学民.机械加工过程中的机械振动分析[J].科技视界,2015,19:69.
 

 

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