机械加工过程中的振动问题分析及解决策略

钱时林

（池州市弘泰安全技术事务有限责任公司，池州 247100）

机械加工过程中的振动问题分析及解决策略

钱时林

（池州市弘泰安全技术事务有限责任公司，池州 247100）

机械加工过程中的振动问题会严重影响加工质量与精度。本文分析机械加工中振动问题的类型、特征与振源，探讨查找诊断及解决方法，以期准确把握振动问题的表现、成因及诊断方法，从而预防并控制振动问题的危害。

机械加工振动振源诊断

机械加工过程中的振动问题会严重影响加工质量与精度，降低生产效率。为做好振动问题的预防与控制，确保工件质量与加工精度，必须明确加工过程中振动问题的表现及成因，做好诊断及应对。下面简要探讨机械加工过程中的振动问题及解决方法。

1机械加工过程中的振动问题

1.1振动类型与特征

机械加工中的振动问题不仅易引发作业疲劳，影响工作效率，还会导致机床零件寿命缩短、安全性、可靠性下降，造成刀具损伤，降低加工工件精度与效率，危害较大。机械加工过程中的振动问题主要集中在切削振动方面，以强迫振动与自激振动为主。前者的发生是由外界力量干扰或者工艺系统内部影响所致，后者的发生是无外力作用下系统内部激发反馈形成的周期性振动。

强迫振动在表现上多数同外界作用力保持着同步频率或整数倍。振动的发生同切削过程不均匀或者干扰力影响切削过程等有关。外界干扰力一旦消失，振动也会随之停止。振动振幅同工艺系统刚度、阻尼大小及干扰力大小密切相关。干扰频率不变，工艺系统刚度、阻尼越小振动幅度越大。若是机械加工过程中干扰力频率同工艺系统频率相近，则容易发生共振现象，从而出现最大振幅。

自激振动因系统内在反馈作用形成，所以振动频率同系统接近。它的振动是否产生或者振幅大小同系统自身获取能量、阻尼消耗能量密切相关。若是维持振动的作用力来源于切削工艺本身，则一旦停止加工，振动立即消失。

1.2振动振源

自激振动的振源主要集中在系统内部，强迫振动振源则多集中在外部。前者多与机械加工切削过程中偶然性作用因素如工件材质问题、加工余量变化等有关，形成包括振动系统、调节系统在内的闭合系统，以稳定且循环的振动为主要表现。

强迫振动振源具有多样性，如机械加工过程中切削过程中铣削、拉削加工作用力变化，工件表面切削力变化，回旋零件如电动机、砂轮、带轮、卡盘、工件等不平衡引发的离心力影响，或者机械加工机床液压泵工作液压力脉动变化、齿轮安装不精、轴承滚动体误差等元器件引发的传动力变化。这些都是强迫振动的典型振源。若是某些机械部件在往复运动中发生改变，所产生的惯性冲击力也会造成强迫振动。同时，来自外界的诸多干扰力也会成为振源。

2机械加工过程中振动问题的解决方法

2.1做好不同振动的查找诊断

机械加工中一旦发生振动问题，要立即明确振动性质并查找振源，以便及时消除振源对机械加工精度与质量的影响。

强迫振动本身有着显著特征，从特征入手，结合振动表现规律、常见振源等进行查找并诊断。强迫振动由于振源多来自外界，所以可采用现场拾振、环境试验、空运转试验等进行明确。现场拾振是对现有条件下机械加工情况进行频谱分析，利用速度或力传感器收集振动信号并进行频谱分析，根据峰值点表现确定振动频率成分。环境试验主要对机械加工外界环境中存在的振源进行明确，停机状态下对振动信号频谱进行采集、拾取并分析，结合振动频率表现确定干扰源频率成分并明确其来源。以环境试验获得的振动频率成分，同开机后机械加工过程中的振动频率成分进行对比，若完全一致则确定为外界振源，并及早发现振源进行排除；若不一致，则需要结合空运转试验情况查找机内振源。空运转试验查找机内振源时，要按照加工要求运动参数进行振动信号拾取与分析，并结合实际加工过程中的频谱图进行对比。去除外界干扰振源影响后，若频谱对比结果相同，则可判定为强迫振动且振源在机床内部；若不一致，则意味着强迫振动同自激振动均存在，需要做进一步诊断。

自激振动要根据振动频率、范围、性质等明确振源所在，如元器件、系统工艺、设备自身等，通过逐步排查法寻找振源并进行排除。自激振动由于同系统工艺联系紧密，查找诊断方面难度相对较低。对振动振源在内部的自激振动，要在机床内部进行查找，如可采用单独驱动机床各运动部件进行空运转试验确定振源，或者对可能成为振源的高危元器件、运动部件等进行评估，同时结合参数计算、干扰力频率表现及运转试验谱线图等确定具体位置。

2.2采取消除振动的有效举措

在明确振动类型、性质及振源后，要采取针对性举措减少并消除振动。要严格控制振动产生条件，加强振源监控，配备各类消振、减振装置，改善工艺系统动态特性，以达到消除振动的目的。

强迫振动的消除，要针对易产生振动的振源及途径加强控制。比如，对工艺系统中各类回转部件加强平衡处理，减少系统往复运动改变时带来的惯性冲击力，控制好机床液压泵工作液压力、减少轴承滚动体误差、精确安装齿轮等，保证传动件精度，配合提升系统刚度、添加隔振装置等举措达到消除振动的效果。尤其是机床加工中高速旋转零部件，必须做好控制，采取改变传动力、转速比等举措，避免发生共振。隔离措施的应用则可根据机械加工情况选择主动隔振或者被动隔振举措。对于来自外界的干扰力，要从周围环境入手，处理好动力源、电动机、油泵等同机床之间的位置，注意适当添加弹性木板、硬胶皮垫或者开挖防振沟等，预防强迫振动。

自激振动的消除可采取减少切削刚度、增加阻尼、调整主轴位置等举措。机械加工中消振装置的应用可结合实际情况选择摩擦式、冲击式或者动力式减震器等。在改善工艺系统动态特性时，可通过增大阻尼、提高刚度等举措达到减振消振效果。

除此之外，还要根据机械加工要求调整切削参数、选择合适切削用量，通过减小重叠系数保证切削工艺的稳定性与可靠性，以期在保证机械加工效果的前提下达到减振消振目的。在选择切削用量时，注意结合加工表面粗糙度要求对进给量、切削深度进行调整，在提升加工质量与效率的同时减少自激振动产生。机械加工过程中，还要合理安排不同设备位置，对机床、刀具、工件等的安装做好位置审核，对加工过程中方位角、刚度比、正转反转等指标进行合理控制，以确保加工过程顺利完成，提升加工效率，保证加工质量。

3　结束语

综上所述，机械加工过程中振动问题的发生同多种因素有关。要明确强迫振动与自激振动的特征、表现及振源，做好查找与诊断，采取有效举措预防、控制振动问题影响，保证机械加工的质量与精度。

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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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