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机械加工过程中机械振动的成因与解决措施
[摘 要]随着我国经济的快速发展,经济规模越来越大,如今我国已经是世界第二大经济体.我国的工业为经济的快速发展提供了不竭的动力.在工业生产中,机械生产加工是必要环节.机械加工质量和效率直接影响到企业产品质量的好坏以及生产效率的高低,对工业企业的生存和发展具有重要的影响.因此,需要加强对机械运作质量和运作效率的控制,防止机械出现故障,保障企业安全稳定地进行生产.机械加工过程中,一般比较常见的问题是机械的振动,机械振动过大对生产产品的表面和内质都会造成重要影响.另外,由于机械的振动,可能会导致机械各部件之间产生偏移,继而导致机械的损坏,严重情况下还可能造成安全隐患.因此,对于机械加工过程中机械振动的相关研究十分有意义,必须寻找出产生振动的原因,寻求最佳解决措施.
[关键词]机械加工；机械振动；成因；解决措施
[中图分类号]G718
[文献标志码]A
[文章编号]2096-0603(2016)17-0030-02
一般来看,机械振动在机械生产过程中似乎比较常见,但是实际上,机械振动也分为多种类别,有的机械振动是正常存在的,对机械生产过程的影响相对较小,而有的机械振动意味着存在故障因素,可能会对生产造成潜在的威胁和直接的影响.机械振动主要可以分为受迫振动、自激振动和自由振动三种类型.其中,自由振动是由于初始干扰力的作用而破坏系统平衡,靠弹性恢复力维持的振动.因为阻尼总是存在于系统中,会使得自由振动迅速衰减,因此,自由振动对机械加工产生的影响并不大.相对来说,自激振动与受迫振动都为不衰减振动,能对机械加工产生重大影响.由此,我们对机械振动进行针对性解决措施探讨之前,必定要先分析清楚,该机械振动是属于哪一种振动类型,每一种振动类型又都是由于什么原因产生的,会造成什么样的后果等等.
一、机械加工振动产生的原理分析
(一)受迫振动
受迫振动属于不衰减振动,受外界周期性的干扰力影响.受迫振动出现的原因要进行综合的分析,包括刀具、机床以及工件三个方面分析.比如在机械的刀具上,进行切削时,由于齿比较多,可能会存在一些误差,继而引发振动出现.再比如在工件上,如果表面存在断断续续或者软硬程度不同的情况,那么在生产加工过程中也同样会出现振动.
(二)自激振动
所谓机械的自激振动,其出现的原因是在加工过程中,机械切削会产生周期性的变化,并且周期性会越来越强,从而使被阻尼作用所消耗的能量从振动系统中得到了补充,这种振动即为自激振动.
(三)自由振动
所谓自由振动,一般是机械系统受外力干扰,消除外力后系统会形成衰减性的振动.因为一些偶然因素会对工艺系统发生作用,破坏系统平衡,自由振动仅靠弹性恢复力维持振动.这类振动会在工艺系统的阻尼作用下很快衰减.
二、机械加工中振动的危害
机械在加工过程中发生振动当然会产生不同程度的危害,产生危害的对象具有多样化的特征.比如可能对工件的质量、对机床及工装夹具、对切削刀具、对生产效率、对操作环境等都会产生一定程度的危害.
(一)对工件质量的危害
加工过程中的机械振动,最直接的危害就是使加工表面的质量降低,可能会导致加工表面的粗糙程度加大,或者出现一些纹路瑕疵.由于机械的振动,还有可能进一步使得刀具与工件之间发生位移.在这种情况下,如果是对一些精度要求很高的工件进行加工,那么明显会加大危害,达不到预期精度.
(二)对机床及工装夹具的危害
振动使机床及夹具的运动元件之间松动,间隙增大,加快了机床及夹具零件的磨损,造成机床及夹具精度下降,影响切削质量,降低机床及夹具的使用寿命.严重时甚至造成重大安全事故.
(三)对切削刀具的危害
由于振动的产生,影响刀具的正常切削条件,使刀具承受交变切削力的作用,切削热增加,进而加快了刀具的磨损,甚至会引起切削刃的崩裂,大大降低了刀具的使用寿命.
(四)对生产效率的影响
为了避免工艺系统剧烈的振动,不得不降低切削用量,如采用较低的转速和切深等.同时,由于降低了刀具的使用寿命,频繁换刀、磨刀,使生产效率下降.
(五)对操作环境的危害
因振动会产生刺耳的噪声,使操作者的身心健康受到损害,降低了工作效率.
三、机械加工振动的主要防治措施
通过以上研究得知,机械加工工程中产生的振动类型中,自由振动对加工程序的危害基本可以忽略,那么我们主要提出解决其他两种振动的措施,即自激振动和强迫振动.
（一）有效控制自激振动的方法与途径
进行自激振动控制的途径通常有三条：第一条：通过对振型刚度比的合理调整达到目的.根据振型原理可知,各振型刚度比及其组合也能影响到工艺系统的振动.因此,我们可以对这两者之间的关系进行一定的调整,以此降低振动.第二条：提升机械的工艺系统.机械振动相关的工艺系统主要是机床,因此,要不断提升机床的抗振性能.可以在机床的装配环节加强装配质量,还可以强化一些零部件的频率,达到机床抗振性的提高.第三条是合理使用一些减振的装置.随着我国科学研究的进步,减振装置也越来越先进,臂长常用的减振装置有动力吸振器和击式吸振器,都能够减小振动,达到客观的应用效果.
（二）有效控制强迫振动的方法与途径
进行强迫振动控制的有效途径通常也有三条：第一条,实现工艺系统刚度和阻尼的提升.提高工艺系统的刚度及增大阻尼是提高系统的抗振能力的有效措施.不断增强连接处的部件接触刚度,减小滚动轴承的间隙.另外,通过使用内阻尼比较大的材料所制造的一些零件也可以效果减振.第二条,通过消除或最大限度地减少来自振源的激振力.较高速旋转的一些零件,应该在修整前与修整后经过至少两次平衡.还要对齿轮的装配精度与制造精度严格要求,可以通过齿轮工作的平稳性提升,来控制由于周期性冲击导致的振动,减少噪声.此外,提升滚动轴承的装配及制造精度,减低由滚动轴承自身缺陷引起的振动或选用厚薄均匀、长短一致的传动带等都可有效减少振动.第三条,合理采用相关的隔振措施来减少震动.通过采用柔性连接机床的床身与电机以控制电机自身的振动,通过液压缓冲装置的应用,可以有效控制部件在换向时的冲击.另外,通过木材等使机床和地基相互隔离,将设备的基础与地面的联系通过防振沟进行隔离,从而有效控制周围的振源以地面及基础为媒介传给机床本身.
总而言之,机械振动在加工生产过程中是一种比较常见的现象,有的振动不会造成太大影响,而有的振动,本身是由于机械故障所产生的,需要进行进一步的检查和分析,明确问题来源,寻求最佳的解决措施.降低振动的方式多样化,可以从多个方面人手,降低机械振动,保障工件质量,促进生产效率的提高.
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