金属切削加工中的振动分析及控制途径

金属切削加工中的振动分析及控制途径

摘要：在金属切削加工过程中，如果产生振动，会造成很多不良的影响，不仅严重影响机器和零部件本身的性能和工艺，而且振动中产生的噪音还会对操作者本身的身体健康产生有害的影响。本文将通过分析金属切削加工中产生振动的原因、主要类型和特点，重点提出控制甚至消除振动的有效途径，以促进金属切削加工技术的发展。

关键词：切削加工振动原因振动类型振动特点控制途径

引言：

近些年来，随着机械制造行业的不断发展，各种先进的制造技术也不断被研发出来，金属切削加工则是这些技术中的佼佼者，已经被应用到各个领域的机械制造和生产中。在设计机床和刀具、制订机器零件的切削工艺及其定额、合理地使用刀具和机床以及控制切削过程时，都要利用金属切削原理的研究成果，使机器零件的加工达到经济、优质和高效率的目的。金属切削加工过程中，刀具与工件之间相互作用和各自的变化规律现已经成为了一门学科。在金属切削加工过程中，如果产生振动，会造成很多不良的影响，不仅严重影响机器和零部件本身的性能和工艺，而且振动中产生的噪音还会对操作者本身的身体健康产生有害的影响。下面本文将通过分析金属切削加工中产生振动的原因、主要类型和特点，重点提出控制甚至消除振动的有效途径。

一、振动的基本类型

从一般情况而言，在金属切削加工过程中所产生的振动大致可以分为两种类型，即：自激振动和强迫振动。相比较而言，这两种振动中自激振动的概论一般低于40%，而强迫振动则占主要方面，大约为60%。

二、产生振动的主要原因

通过统计分析我们可以清晰的看出，金属切削加工过程中产生振动的类型基本分为两种：自激振动和受迫振动。因此，在机械制造过程中，根据这两种不同类型的振动，可以通过机床不同的运行状态来分析振动产生的原因。

（一）空转时存在的振动及原因分析

当机床在空转时也有可能产生一定的振动。造成振动的主要原因可能是床鞍导轨之间的爬行，也可能是是由于外部传来的振动，例如：地基周期或者非周期的干扰力。此外，机床内部振源也会使机床强迫振动，例如：机床主轴、电机等各种旋转体的不平衡等式。（二）切削过程中产生的振动及原因分析

在金属切削加工过程中，一般分为自由震动、自激振动和强迫振动。自由震动主要是受到外界传来的冲击力，机械系统本身产生周期性或者非周期性的冲击力，如：间隙、凸轮与杠杆的冲击，材料不均匀的硬点引起的冲击。自激振动大部分情况下是受再生效应和振动耦合等方面的影响形成的。强迫振动主要是切屑形成的周期性、断续切削的交变力等原因造成的。

三、振动的特点分析

强迫振动与自激振动作为振动的两种不同类型，分别具有不同的特点：

（一）强迫振动的特点

振动频率与外界干扰力的频率相同是强迫振动最主要的特点。强迫振动的振幅与系统刚度、阻尼系数以及干扰力的大小均有关系。阻尼系数越小时振幅越大，干扰力越大时系统刚度越小。如果系统的自然频率与干扰力的频率比值接近或者等于1时，振幅将达到非常大的程度，甚至会给机器造成相当大的损害。

（二）自激振动的特点

自激振动通常被看作是一种不衰减的振动，其振动频率接近于或者等于系统的自然频率。在这种振动过程中，其本身就能够引起某种外力周期性的变化，并且能够从不交变的特性能源中周期性的获得能量，以此来维持振动。自激振动的产生与否以及振幅大小取决于每一次振动的周期内，系统补充得到的能量于消耗的能量的对比。倘若所补充的能量小于所消耗的能量，那么振幅便会逐渐减小；所补充能量大于所消耗的能量时，振幅会不断增大。当振幅达到某一数值时，获得的能量小于消耗的能量时，自激振动也会随之消失。

三、控制振动的主要途径

针对不同的振动类型具有不同的控制振动的途径，下面本文将透过强迫振动和自激振动两种不同类型的振动分别分析控制振动的

主要途径。

1、自激振动的控制途径

控制自激振动主要有一下几个途径，即：选择合理的切削宽度、选择合适的切削深度、选择合适的切削速度和选择合适的进给量。在切削过程中应该控制切削的宽度、深度、速度和进给量，不仅能够有效减少振动，而且能够提高工作效率，维持系统的稳定。要特别注意的时，在金属切削加工中，还需要合理选择刀具的几何参数，积极进行故障检查和系统维护。

2、强迫振动的控制途径

（一）注重制造精度的提升。特别是在齿轮传动的过程中，提高齿轮的制造精度和配备质量有助于减小齿轮振动，可以将夹布胶木或者尼龙等材料运用到齿轮制作过程中。

（二）提高刚性，增加阻尼。这样可以有效提高系统的抗振能力，减小系统振动。

（三）减振与隔振并用。一般情况下，可以采用液压缓冲结构或者装置，以此来设法减少工作台换向时的冲击。

（四）合理安排，避开共振。在结构设计中考虑系统工艺各部件的固有频率，远离干扰振源的频率，避开共振区域，使工艺系统各部件在准静态区域或者惯性区运行。

（五）消除零件的不平衡性。例如：在机床与电机的连接处用橡皮或者其它材料来隔离振动。另外，保证砂轮主轴部件的平衡也十分重要。

结语：

在金属切削加工中，振动会产生极为消极的影响，不仅影响机器

的使用寿命，而且对操作人员的身体健康也会产生不良影响。因此，在实际操作过程中，操作人员应该根据自激振动和强迫振动的不同特点及其产生的原因，积极采用各种不同的控制途径，从切削的宽度、深度、速度和进给量入手，逐渐提升精度、刚性，合理安排频率，减振与隔振并用，从而有效抑制振动的产生，促进生产安全有效进行。

参考文献：

[1]李玉平；；陈萍；；晏志勇；机械加工中的振动分析及控制措施[j]；金属加工（冷加工）；2008；（24）：15-16

[2]张悦；；李启东；；由颖；；孙泰礼；；郑鹏；；张希川；变频器在切削力测量实验中的应用[j]；实验技术与管理；2011；（01）：33-34

[3]殷显东；金属切削加工中的振动分析及控制途径[j]；黑龙江科技信息；2008；（28）：12-13

[4]陈宏钧；金属切削常用材料及热处理手册[m]；机械工业出版社；2006：26-29

[5]迟彩芬；；刘艳梅；涂层刀具技术的发展前景及应用[j] ；中国科技信息；2009；（04）：43-44