浅谈机械加工过程中的振动

浅谈机械加工过程中的振动

摘要:一般说来,机械加工过程中的振动是一种十分有害的现象,它对于加工质量和生产效率都有很大影响,必须认真对待。在切削过程中,当振动发生时,加工表面将恶化,产生较明显的表面振痕。本文主要论述了机械加工过程中振动的产生原因,并提出了一些自己的观点看法,希望能为解决振动产生的不良影响提供一些思考。

关键词:机械加工振动影响

机械加工过程中,工艺系统(工件—夹具—刀具—机床)经常会发生振动,给加工过程带来很多不利的影响。发生振动时,工艺系统的正常切削过程受到干扰和破坏,使零件加工表面产生振纹,降低了零件的加工精度和表面质量,低频振动增大波度,高频振动增加表面粗糙度;振动可能使刀刃崩碎,特别是对硬质合金、陶瓷、金刚石和立方氮化硼等韧性差的刀具,影响刀具的寿命;振动会导致机床、夹具的零件连接松动,增大间隙,降低刚度和精度,并缩短使用寿命;强烈的振动和伴随而来的噪声污染环境,危害操作者的身心健康。由于振动限制了切削用量的进一步提高,影响了生产效率,严重时甚至不能正常切削,因此,研究机械加工过程中的振动,探索抑制、消除振动的措施是十分必要的。

1 机械加工过程中振动分类

1.1 自由振动

当振动系统受到初始干扰力(又称激振力)的作用而破坏了平衡状态后,去掉激振力或约束后所发生的振动,称为自由振动。由于系统总是存在阻尼,故自由振动总是衰减的,因此,一般来说,自由振动对加工过程的影响不大。自由振动的特性取决于系统本身,即其固有频率,振型取决于振动系统的质量和刚度。

1.2 强迫振动

在外界周期性干扰力的作用下,系统受迫产生的振动称为强迫振动。由于有外界周期性干扰力作能量补充,所以振动能够持续进行。只要外界周期性干扰力存在,振动就不会因阻尼而停止。强迫振动的频率等于外界周期性干扰力的频率或者是它的整数倍。

1.3 自激振动

由振动系统自身产生的交变力激发和维持的一种周期性振动称为自激振动。切削过程中产生的自激振动也称为颤振。

2 机械加工过程中强迫振动产生原因及消除办法

2.1 强迫振动产生的原因

强迫振动是由于工艺系统外界周期性干扰力的作用而引起的振动。机械加工中的强迫振动与一般机械中的强迫振动没有什么区别,

强迫振动的频率与干扰力的频率相同或是它的倍数。强迫振动产生的原因:强迫振动的振源又来自机床内部的机内振源和来自机床外部的机外振源两大类。机外振源甚多,但它们都是通过地基传给机床的,可通过加设隔振地基来隔离。机内振源主要有如下几个。

(1)机床电机的振动。

(2)机床高速旋转件不平衡引起的振动。

(3)机床传动机构缺陷引起的振动,如齿轮的侧隙、皮带张紧力的变化等。

(4)切削过程中的冲击引起的振动。

(5)往复运动部件的惯性力引起的振动

2.2 减少强迫振动的途径

(1)对工艺系统中的回转零件进行平衡处理。

(2)提高工艺系统中传动件的精度:以减小冲击。

(3)提高工艺系统的刚度。

(4)隔振:隔离机外振源对工艺系统的干扰。

3 机械加工过程中自激振动产生原因及消除办法

3.1 自激振动产生的原因

自激振动与强迫振动相比,虽然都是稳定的等幅振动,但维持自激振动的不是外加的激振力作用,而是由系统自身引起的交变力作用。系统若停止运动,交变力也随之消失,自激振动也就停止了。

3.2 自激振动主要的特征

机械加工中的自激振动是在没有周期性外力干扰下所产生的振动运动,这一点与强迫振动有原则区别。机床系统产生振动的交变力由切削过程产生,而切削过程同时又受到机床系统振动的影响,机床系统的振动一旦停止,交变切削力也就随之消失。如果切削过程平稳,即使机床加工系统存在产生自激振动的条件,也因切削过程没有交变切削力,自激振动也不会产生。维持自激振动的能量来自机床电动机,电动机除了供给切除切屑的能量外,还通过切削过程把能量输给振动系统,使机床系统产生振动。自激振动的频率接近于系统的某一固有频率,或者说,自激振动的频率取决于振动系统的固有特性。这一点与强迫振动根本不同,强迫振动的频率取决于外界干扰力的频率。自由振动受阻尼作用将迅速衰减,而自激振动却不因有阻尼存在而衰减为零。

3.3 消减自激振动的措施

(1)调整振动系统小刚度主轴的位置,使其处于切削力F与加工表面的法线方向的夹角范围之外,如镗孔时采用削扁镗杆,车外圆时,车

刀反装。

通过改变切削用量和刀具几何形状,减小重叠系数,如采用直角偏刀车外圆。

减小切削速度,增大进给、主偏角、前角。

(2)适当提高切削速度;改善被加工材料的可加工性。

(3)增加切削阻尼;适当减小刀具的后角;在后刀面上磨出消振棱;适当增大钻头的横刃;适当使刀尖高于(车外圆)、低于(樘内孔)工件中心线,以获得小的工作后角。为消减刀具的高频振动,宜增大刀具的后角和前角。

(4)调整切削速度,避开临界切削速度。在切断、车端面或使用宽刃刀具、成形刀具和螺纹刀具时,宜取切削速度小于临界切削速度。纵车和切环形工件端面时,切削速度大于临界切削速度等。

(5)提高工艺系统刚度,可提高抗振性。车刀安装时不宜伸出过长,镗刀尽可能选得短而粗;尽量缩短尾座套筒的伸出长度;加工细长轴时,采用中心架或跟刀架,或用主偏角很大的细长轴车刀来消除振动。

(6)尽可能不采用容易产生积屑瘤的切削速度。

(7)采用合适的切削用量。可采用减少切削宽度,同时增加切削厚度。

4 结语

机械加工过程产生的振动是非常复杂的,只有是不断分析和总结讨论,根据不同情况分析产生的原因,才能更好的采取措施加以消除和控制,以保证加工工件的质量要求,提高生产率,创造良好工作环境。

参考文献

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