机械生产中工艺系统的振动

　　摘要：分析了机械生产中振动的种类，介绍各种振动产生的原因、过程及其造成的影响，指出并且提出改进的方法，分析在机床上减轻振动所取得的成果。
　　关键词：机械振动；频率；阻尼
　　引言
　　制造是人类最主要的生产制造活动之一，而机械制造是制造业的重要组成部分，它为人类生存、生产和生活提供各种现代化的装备，在国民经济中占有重要地位。在机械加工的过程中，工件夹具道具机床构成的工艺系统会时常发生振动，使工艺系统的正常的切削过程受到破坏，影响加工表面的表面质量和尺寸精度，严重的时候甚至影响产品的装配过程，产生废品，降低了生产效率，影响产品的质量，减少了经济效益。因此，了解生产过程中工艺系统的振动，分析其种类和产生的因素，得到解决的办法，是很有必要的。
　　一、机械加工中振动的类型
　　（一）自由振动
　　当振动的系统受到初始干扰力的作用时会破坏系统的平衡状态的时候，去掉激励或者约束后所发生的振动，称为自由振动。由于阻尼的存在，使得自由振动的振幅不再是等幅的简谐振动，而是随着时间的增长，振幅逐渐减少的振动。
　　（二）强迫振动
　　在外界的激振力矩作用下，系统受迫产生的振动称为强迫振动。激振力矩（或力）是指外界作用于振动系统的周期性变化的力矩（或力），其主要通过地面等介质传到机床。阻尼力矩（或力）是系统外的某些介质，例如空气、水、油类或者其他的粘性介质对系统振动产生的阻尼，称为粘性阻尼或质量阻尼。此外还有振动是材料变形产生的滞后阻尼，又称为内阻尼。因为外界激振力矩（或力）做功，向系统输入能量以抵消阻尼所消耗的能量，只知道激振力矩存在，强迫振动就持续不衰。并且某频率的简谐激振力矩所激发的强迫振动频率只能等于激振力矩的频率。
　　（三）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。当然，自激振动所受到系统的阻尼和受迫振动的阻尼是一样的。自激振动，说白了，就是外部的能量，例如电能、化学能等，在工艺系统内部的不适当作用，而造成的工艺系统的振动。自激振动的振幅是由系统自身的参数决定的，一般振动的频率接近系统主振部件的固有频率。但是具体自激振动的产生原因，至今都没有一套很成熟的理论。只有最近比较成熟的几个学说：再生颤振理论、振型耦合学说、负摩擦颤振原理等等。
　　二、振动产生的危害
　　（一）影响表面质量
　　发生振动的时候，工艺系统的正常切削过程受到干扰和破坏，工艺系统的低频振动，一般在已加工的表面上产生宏观的波度，而工艺系统的高频振动则是产生纵向粗糙度的原因之一。
　　（二）使工艺系统受到破坏
　　振动可能使刀具受到破坏，特别是脆性刀具，还会造成机床、夹具的零件连接松动，降低了刚度和精度，降低了刀具、夹具和机床的使用寿命。
　　（三）产生噪声
　　振动会产生噪声污染，长期工作时时机床操作者产生听觉疲劳。如果噪声达到A以上，日复一日，听觉疲劳将无法消除，产生病变。同时还会影响工作中的心态，降低工作质量，严重时还可能会造成事故。
　　三、降低振动的措施
　　（一）增加系统的刚度
　　利用滚动轴承反装、减少轴承的游隙来增加主轴系统的刚度，减少接触面额粗糙度，都有利于提高机床的刚度。还可以在加工刚度低的工件时，增加辅助支承，提高工艺系统的刚度。增加工艺系统的刚度在抑制自由振动方面起到了至关重要的作用。
　　（二）增加振动系统的阻尼
　　由于传入系统的能量是通过阻尼来消耗的，因此增加系统的阻尼是减缓振动的一个有效的方法。可以通过采用吸振能力强的材料来提高工艺系统的滞后阻尼（如铸铁等），采用吸振能力较强的润滑油层，利用薄膜润滑也是一个比较有效的方法。在设备的底部与地基之间放置减振垫片隔离有大地传来的振动可以提高系统的质量阻尼。在一些超精密加工的机床上甚至应用了空气弹簧减振器。
　　（三）合理设计工艺系统的固有频率
　　应该使工艺系统的歌部件的固有频率远离干扰力的固有频率，避免发生共振。对于超精密加工，有的时候还要考虑大地的脉动频率、建筑物的脉动频率甚至人员的走动频率等。一些高精度的测量仪器或超精密加工机床由于本身固有结构的的固有频率额原因，对于能引起振幅放大的频率特别敏感，因此隔振和减振系统也可以依据这一点来设计。
　　（四）减少和消除振动的干扰
　　首先要找出振动的干扰源，对于高速运转的零件应该进行精密的动平衡，对零件的加工余量和材质均匀性提出较高的要求等。同时，还可以采用各种减振器来隔绝和消耗振动。现在运用得比较多的有阻尼式减振器、动力式减振器和冲击式减振器。
　　四、结束语
　　机械振动是一个比较复杂的研究课题，可以是说是限制着机械工业制造发展的颈瓶所在，一个国家克服机械生产中振动的水平也代表着一个国家制造业的水平。随着我们工业的发展，也会有越来越多的有关机械振动的问题被发掘出来，振动的理论体系也会越来越完善，在生产的过程中，具体问题应该具体分析，采取措施加以控制，提高生产质量和生产效率。
　　参考文献：
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