机床的振动及防治

浅析机床的振动及防治

摘要机床振动的原因及类型，振动对加工零件的精度及粗糙度的影响，以及消除机床振动的各种方法。

关键词自激振动；受迫振动；系统刚性；颤振

中图分类号th18 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2011）44-0166-01

机床工作时产生的振动，不仅会影响机床的动态精度和被加工零件的质量，而且还要降低生产效率和刀具的耐用度，振动剧烈时甚至会降低机床的使用性能，伴随振动所发出的噪音会影响机床工人的健康。随着我国机床工业的飞速发展，机床的振动问题也就更加引起人们的重视。

一般的说，机床工作时所产生的振动基本上有两大类：

1）受迫振动；

2）自激振动。例如在车床、铣床和磨床上，经常见到回转主轴系统的受迫振动，其频率取决于回转主轴系统的转速（在铣削时还与铣刀的齿数有关）。在机床上发生的自激振动类型较多，例如有回转主轴（或与工件、或与刀具联系）系统的扭转或弯曲自激振动；机床床身、立柱、横梁等支撑件的弯曲或扭摆自激振动；还有工作台等移动部件在低速运行时所发生的张弛摩擦自激振动（通称爬行）等等。通常把金属切削过程中表现为刀具与工件之间强烈的相对振动的这种自激振动称为“颤振”。

机床工作时发生振动是常见的。机床振动不仅歪曲了工件的几何形状和尺寸，而且还将在已加工表面上留下振纹，降低了精度和表面光洁度，加剧了金属表面层的冷硬情况，振动时刀具的耐用度也将急剧下降，甚至导致刀刃的崩坏，这个问题对于性质较脆的硬质合金刀具和陶瓷刀具来说尤为严重。机床发生振动后，往往迫使操作工人降低切削用量，因而限制了机床的生产率。此外，在机床自动线中，只要有一台机床发生振动而被迫暂停运转，就会破坏生产的节律，引起生产过程的混乱。可见机床振动是必须引起注意的一个重要问题。随着科学技术的飞跃发展，对机床零件的制造精度和表面质量提出了更高的要求，从而使机床振动问题的研究成为研制、生产和使用机床等部门必须面对的重大课题，研究机床振动的目的在于探究机床振动的原因，谋求防止和消除机床振动的方法，以研制抗振性更佳的机床。

一般来说，增强“机床-刀具-工件”工艺弹性系统的刚度，是提高工艺系统抗振性从而防止振动的最普遍方法，它在任何情况下可用来防止受迫振动和自激振动，并能消除破坏工作过程平稳进行的个别冲击因素的影响。因此，为了提高整个工艺系统的刚度，增强工艺系统各环节特别是切削力传递路线上最薄弱环节的刚度，显然是很重要的。当减轻零件的重量既不会降低系统的刚度，也不会使系统特性发生其他不利的变化时，减轻主振系统的质量同提高系统刚度的作用一样，都能提高系统的固有振动频率，从而减小了

振动的振幅，即起到了提高系统抗振性的作用。必须指出，增加振动系统的阻尼，例如适当调节零件某些配合处的间隙，以及采用阻尼消振装置等，将增加系统对激振能量的耗散作用，从而就能防止和消除振动，保证系统平稳的工作。当振动发生以后，减小激发振动时的激振力，即减小受迫振动时的外激振力，或自激振动式的内激振力，往往是必须采取的消振措施，对于前者例如可减少迴转零件的不平衡所引起的离心力、断续切削所产生的冲击力等等，为此必须做到：

1）对于转速在600转/min以上的零件必须予以平衡，磨床上的砂轮应予仔细平衡，并经常修正以保持其正确的外形，也可采取自动平衡装置。机床上使用的卡盘、刀盘等均要予以平衡；

2）提高皮带传动、链传动、齿轮传动及其他传动装置的稳定性。在较高转速档下，使主轴直接用皮带或连轴节与电动机发生传动关系;采用最完善的皮带接头，使其连接后的刚度和厚度变化最小；用三角皮带代替平皮带，使三角皮带的刚度和厚度尽可能均匀些；采用纤维织成的传动带；以斜齿轮或人字齿轮代替正齿轮；在铣床主轴上安装飞轮等。对于高精度的小功率机床，尽量不用齿轮、皮带等可能成为外来振源的元件。使动力源与机床本体充分隔离，用丝带来传动。适当调节三角皮带拉力，合理选择皮带长度，使其扰动频率不接近主轴的转速。尽量使皮带拉力的主方向不同工件或刀具运动的主方向相重合，以避免皮带扰动的影响；

3）改善以联轴节相连的各轴的轴心线间的不同轴度，从高速轴和主轴上去除带动油泵的凸轮；对于后者则借助于改变切削条件方法，如：

（1）选择防震切削用量。在任何情况下都应该避免切除宽而薄的切屑（即在大切削深度和小走刀量下切下的切屑）；切削速度应该在容易发生振动的范围以外，即采用较低的速度和较高的速度来工作；

（2）合理选择刀具的几何参数。主偏角和副偏角尽可能选的大些。前角对振动的影响很大，前角愈大，切削过程愈平稳，故应采用正前角。后角应尽可能取得小些，但不要太小，以致刀具后刀面与加工面之间发生强烈的摩擦，特别是对于走刀量较小的情形；

（3）采用抗振刀具等。

以上列举的防止和消除机床振动的一般方向，并未完全概括所有可能的消振措施，例如选择合理的工艺过程，可在很大程度上减少发生振动的危险:如在通用机床上避免加工极限直径或极限长度的工件，尽可能在接近加工处夹紧工件，使切削力接近工件夹持处；车削薄壁管使在管内灌水、油、或者沙，以提高工件系统的阻尼性能；提高轴类零件的顶尖孔质量；加工细长轴时使用中心架；在铣床上顺铣时须有消除驱动系统间隙的装置；使切削力与重力朝同一方向；以及使力作用在导轨上没有塞铁的一面等等。

总之，通过机床在使用过程中所暴露出的抗振性能方面的缺陷，

采取相应的措施以提高其抗振性能，保证工件的加工精度。

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