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机械加工振动现象产生原因及对策

摘要:振动现象在机械加工中的危害性极大,它不仅会产生大量的噪声污染,还严重影响加工质量与加工效率。因此,必须采取相应措施来消除这种振动现象,提高机械加工效率与加工质量。文章对机械加工中振动现象的产生原因及具体对策进行深入的探讨。

关键词:机械加工;振动现象;产生原因;具体对策

1自由振动的成因及危害

自由振动是机械加工振动现象的一种振动形式,发生几率多,仅占振动现象总发生几率的5%左右,通常引起机械加工自由振动现象的原因主要有两点:①在机械加工过程中所产生的切削力在瞬间产生较大浮动;②由于加工过程受到外力冲击的作用而产生的自由振动。自由振动由于不会受到外界其他能量的补充,因此在阻尼的作用下自由振动会急剧衰减。在机械加工中,自由振动对机械设备的危害性要小的多。不过自由振动的产生在某种程度上会造成机械的自激振动[1]。

2强迫振动的成因及危害

强迫振动的成因主要分为两个方面,分别是机械设备的内因与外因。内因:①机械设备的传动机构在高速运转过程中所产生的强大离心惯性作用力而引发的强迫振动,例如皮带轮、电机转子等,强迫振动所产生的振动频率基本和这些高速回转元件的速率一致;②机械设备的传动机构有缺陷时,例如传动机构中的某些旋转构件出现误差、接头松动、尺寸不均匀等,进而在高速转动过程中产生具备周期性特征的干扰作用力,从而引发强迫振动现象;③机械设备加工中,由于其具备间歇性特征,因此造成了工件间断位置和加工位置存在密集的节奏交替,从而在不断的节奏交替过程中形成周期性的激振力,进而造成强迫振动,例如工件的拉削及铣削过程。外因:①在机械加工过程中引起的地基振动现象;②机械设备中的往复运动构件所产生的冲击和惯性力也会引发强迫振动。强迫振动所产生的干扰力对机械加工过程会产生严重影响,甚至会造成机械设备发生损坏,因此必须采取相应的措施来消除这种强迫振动[2]。

3自激振动的成因及危害

在机械加工过程中,引起自激振动的原因有很多,主要如下:①机械设备在对工件进行切削时,工件所产生的切屑会与设备刀具形成摩擦,进而发生自激振动现象;②机械设备的刀具因工件硬度不均匀而造成崩刀,如果崩刀后仍继续运行机械设备,就会引发自激振动现象;③机械设备的刀具安装存在问题,造成刀杆颤动、刚性差等问题,进而产生自激振动问题;④在对细长轴工件进行加工过程中,由于工件刚度较差使工件表面形成锥度或波纹,进而造成细长轴工件加工过程中产生自激振动;⑤对工件切削量较大或过小时也会引发自激振动现象;⑥工件中的积屑瘤所引起的切削层横截面积不断变化而发生的自激振动现象。自激振动的成因较为复杂,并且会产生不衰减的周期性变化,其发生几率更是占到振动总发生几率的65%左右,这也使其对机械设备的加工效率与自身性能产生严重影响,甚至还会造成设备构件损坏,进而引发严重的安全事故。因此,必须要采取具有针对性的措施来消除自激振动现象[3]。

4机械加工中消除振动现象的具体对策

由于自由振动不会受到外界其他能量的补充,能够快速衰减,因此对机械设备的影响非常小,几乎可以忽略不计。而相比于自由振动来说,强迫振动与自激振动的危害性极大,它们不会进行自然衰减,因此必须采取相应的措施来消除这两种振动现象。4.1消除强迫振动的具体对策。在消除强迫振动的措施中,主要是对激振力、振源频率、系统阻尼来入手,并采取措施来对外来振动进行隔离。具体包括对机械设备中所有大于600转每分钟以上传动构件及回转构件加装自动平衡装置,并尽量采用斜齿轮来对直齿轮进行替代。在传动构件的主轴位置处设置飞轮,并将小功率设备中的动力源和机床进行隔离,此外还要对同轴度进行改善,提高机械的制造精度及装配质量,并去除高速轴及主轴中起到带动润滑油泵作用的凸轮构件,以此减小机械设备激振力。在振源频率方面,应对激振力频率进行必要的调节,并将机械加工设备中的各个部件固有频率进行设计,使其在共振频率上要远小于共振区频率。此外还要对设备中的镶条、轴承等构件与其他部件的间隙进行调整,并对机械加工设备的相关运动参数进行相应的调节。在系统阻尼方面,应在加工机床的主轴位置中设置电装变液阻尼器,并将滚动轴承进行预紧调试,还可在零部件臂内填入阻尼材料。在隔离外来振动方面,可将电动机等动力源构件和机床分离,并利用隔振材料将设备和地面实施隔离。4.2消除自激振动的具体对策。在消除自激振动的具体对策中,可以从减小重叠系数、调整机床、刀具与工件的相对位置、优化刀具选择及对切削用量进行合理选择等四个方面来进行入手。减小重叠系数可以通过对刀具几何形状及切削用量的改变来进行,这样能够使机械设备的切削加工更加稳定。此外,还可以在刀具的后部位置设置窄棱面。对切削用量的选择应确保三点:①进给量大、切削深度小;②当工件加工要求不高时,可利用低速切削或高速切削;③在工件表面粗糙度能够允许的情况下,适当增加进给量。

作者:华攀锋 单位:无锡机电高等职业技术学校

参考文献:

[1]魏秀梅.机械加工振动的防治[J].信息系统工程,2012(1):112+129.

[2]付连宇,于骏一,曲兴田,等.消除机械加工振动的新工艺[J].汽车工艺与材料,1998(1):5-7.

[3]张鹏.农业机械噪声产生的原因与控制技术[J].南方农机,2008(3):32.

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