车削加工中的受迫振动
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作者: 张小雪
【摘要】在车削加工中产生的振动具有受迫振动，与机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的动态特性有关。本文采用与以往不同的,简捷的方法详细分析了车削加工中受迫振动产生的原因、振动的危害，并从刀具、夹具、切削工艺等方面提出了减小或消除振动的措施。
【关键词】车削 受迫振动 措施
【中图分类号】T-0 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2012）06-0002-01
引言：随着科学技术的不断发展,对零件表面质量要求越来越高, 振动往往成为其阻碍,不仅干扰了正常的切削过程，严重影响了加工件的表面质量，还会缩短机床及刀具使用寿命。为了减少振动，往往不得不减少加工时的进刀量，从而降低了生产率。本文通过对车削过程中产生受迫振动的因素及其特点,进行了描述和分析,并从几方面有针对性的对其采取相应的消振措施,进行控制。
一、振动的分类
车削加工过程中，工件和刀具之间常常发生强烈的振动，破坏和干扰了正常的切削加工，是一种极其有害的现象。当车床发生震动时，工件表面质量恶化，产生明显的表面振纹，工件的粗糙度增大，这时必须降低切削用量，使车床的工作效率大大降低。强烈振动时，会使车床产生崩刃现象，使切削加工过程无法进行下去。由于振动，将使车床和刀具磨损加剧，从而缩短车床和刀具的使用寿命；振动并伴随有噪音，危害工人身心健康，使工作环境恶化。车削加工中振动的类型主要有三种：即自由振动、受迫振动和自激振动。本文主要分析强迫振动在车削过程中的影响。[1]
二、车削中受迫振动的表现及特点
受迫振动是由外界持续激振力引起和维持的振动。除此之外,还有随着切削时间的变化， 位移、速度及加速度激起系统的振动。
受迫振动的特点是：①受迫振动本身不能改变干扰力，干扰力一般与切削过程无关(除由切削过程本身所引起的受迫振动外)。干扰力消除，振动停止。如外界振源产生的干扰力，只要振源消除，导致振动的干扰力自然就不存在了。②受迫振动的频率与外界周期干扰力的频率相同，或是它的整倍数。③干扰力的频率与系统的固有频率的比值等于或接近于1时，产生共振，振幅达到最大值。此时对机床的影响最大。④受迫振动的振幅与干扰力，系统的刚度及阻尼大小有关。干扰力越大、刚度及阻尼越小，则振幅越大，对机床的加工过程影响也就越大。[2]
振动对加工是非常不利的，因此，在切削过程中应设法防止和消除振动，有针对性地采取防止和消除的方法和措施。
三、车削中受迫振动产生的原因分析
产生受迫振动的原因复杂多变，根据车削加工中出现的振动现象及其振动的表现形式，分析原因，大致如下：
1.不平衡造成的离心惯性力
在车床上加工工件时，由于工件存在偏心的情况，因此，当机床高速旋转时会产生离心惯性力，这种惯性力就是使机床振动的激振力， 其振动频率大致等于这些元件每秒钟的相应转数， 即f = n /60 （ H z）（其中n 为机床主轴的转数）。
2.机床传动机构的缺陷
在机床上的零部件， 特别是传动中的旋转零件， 由于制造中存在一定的制造误差，在装配时又存在一定的装配误差，这些在转动时就会产生周期性的干扰力，进而成为零件加工时受迫振动力的振源。如齿轮的齿形制造误差以及啮合刚度的变化，不但使齿轮产生径向、切向和轴向的振动，而且还可通过轴和轴承成为其他零部件的振源。同时滚动轴承的精度误差，V 带的厚度不均匀等都会造成受迫振动。
3.车削形状不规则的断续切削
加工这些零件时刀具和工件常常产生冲击，当被加工部位与间断部分有一定的节奏交替时，就可能产生周期性的激振力，而这种交变的切削力就会引起受迫振动。如车削多边形或表面不平的工件及在车床上加工外形不规则的毛坯工件。
4.由外界其他振源传来的干扰力
由外界其他振源传来的干扰力程度一般取决于两方面因素：一是邻近设备， 如冲床、锻锤等引起的振动强度。二是地基和建筑物承载结构的谐振特性，当引起地基振动时， 地基同时也把振动传给机床导致机床与地基一起振动。因此， 要想在机床上加工出高精度和表面粗糙度值低的零件，则必须将机床与地基隔绝开来。
四、受迫振动的预防措施
在车床上加工时，受迫振动是非常不利的，因此在切削过程中应设法防止和消除，那么在操作中我们应该结合具体情况，针对性地采取防止和消除受迫振动的方法和措施。
1.控制受迫振动的途径
受迫振动是由于外界周期性干扰力引起的，因此为了消除受迫振动，应先找出振源，然后采取适应的措施加以控制。
2.减小或消除振源的激振力
对转速在600r／min以上的零件，如皮带轮、卡盘、电动机转子等须经过做静平衡和动平衡试验。提高齿轮的制造精度和装配精度，特别是提高齿轮的工作平稳性精度，从而减少因周期性的冲击而引起的振动，并可减少噪声。[3]
3.调整振源频率
避免激振力的频率与系统的固有频率接近，以防止共振。采取更换电动机的转速或改变主轴的转速来避开共振区；用提高接触面精度、降低结合面的粗糙度、消除间隙、提高接触刚度等方法，来提高系统的刚度和固有频率。
4.采用隔振措施
机床的电机与床身采用柔性联接以隔离电机本身的振动；把液压部分与机床分开；采用液压缓冲装置以减少部件换向时的冲击；采用厚橡皮、木材将机床地基隔离，用防振沟隔开设备的基础和地面的联系，设置弹簧或橡皮垫减少振动，以防止周围的振源通过地面和基础传给机床等。
5．提高工艺系统的刚度及阻尼
车床系统刚度增加，增强了系统抗振的积极措施，对振动的抵抗能力提高，亦可减少振动。如缩短主轴前端悬伸长度， 适当加厚主轴箱前轴承孔处壁厚， 保证主轴锥度处在装配时大端接触的紧密性等。采用减振器和阻尼器也可抑制受迫振动的产生。
五、结语
通过对车削过程中产生的受迫振动的分析，采取相应的预防措施，可以明显的减小车削过程中的受迫振动的程度，提高了加工工件的表面质量以及生产效率，同时延长了刀具的使用寿命。
参考文献：
[1]彭德荫．车工工艺与技能训练．北京：中国劳动社会保障出版社，2001
[2]黄鹤汀等.机械制造技术.北京:机械工业出版社.1997
[3]贾亚洲.金属切削机床概论.北京:机械工业出版社.1994
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