金属切削加工振动机理及工程消除方法

切削加工中振动产生的原因及消减措施作者：刘世良来源：《硅谷》2011年第14期摘要：论述机械切削加工中振动现象及产生的原因，并从工件装夹、刀具刃磨、机床调整、切削用量选择等多方面提出相应的消除或减小振动的措施，进而避免切削加工中振动带来的负面影响。

关键词：自由振动；受迫振动；自激振动；工艺措施中图分类号：TG51文献标识码：A文章编号：1671－7597（2011）0720140－01在切削加工过程中常常会发生振动，这在一般情况下是一种极其有害的现象。

产生振动时，工艺系统的正常切削过程便受到干扰和破坏，它不仅使机床和刀具的使用寿命缩短，而且使零件加工表面出现振纹，降低了零件的加工精度和表面质量，还发出噪声，恶化工作环境，影响人体健康。

切削过程中的振动是一种十分复杂的物理现象，有些类型振动的机理至今还没有研究的十分透彻，因此，随着机械加工工艺日益向高生产率、高精度和自动化方向发展，如何防止和消除切削过程中的振动，就日益成为紧迫的研究课题。

1 机械振动的基本类型1.1 自由振动。

自由振动是一种最简单的振动，所占比重很小。

自由振动往往是由于切削力的突然变化或其它外界力的冲击等原因所引起的，在振动过程中没有外来能量的补充，由于系统总存在着阻尼，因此这种振动一般可以迅速衰减，对机械加工过程的影响较小。

但在某些条件下，有可能诱发出自激振动。

1.2 受迫振动。

受迫振动是一种由于外界周期性干扰力的作用而引起的不衰减的振动，它主要有工艺系统内部或外部周期交变的激振力（即振源）作用而引起。

受迫振动的两个重要特点是：①系统的振动频率等于外界周期性干扰力的频率。

②当外界周期性干扰力的频率等于或接近系统的固有频率时，将出现共振现象，此时振幅显著增大，可能使振动系统受到严重破坏。

1.3 自激振动。

自激振动是自然界和工程界常见的现象，它是一种由外界吸收能量，但又不存在周期性干扰的不衰减的振动。

自激振动的特点如下：①自激振动是一种不衰减的振动。

机械加工中振动的产生机理以及防治措施一、机械加工过程中振动的危害振动会在工件加工表面出现振纹，降低了工件的加工精度和表面质量，低频振动时会产生波度；振动会引起刀具崩刃打刀现象并加速刀具或砂轮的磨损；振动使机床夹具连接部分松动，影响运动副的工作性能，并导致机床丧失精度；产生噪声污染，危害操作者健康；影响生产效率；二、机械加工过程中振动的类型机械加工过程中振动的类型：自由振动、强迫振动、自激振动。

1.自由振动工艺系统受到初始干扰力而破坏了其平衡状态后，系统仅靠弹性恢复力来维持的振动称为自由振动。

由于系统中存在阻尼，自由振动将逐渐衰弱，对加工影响不大。

2.强迫振动由稳定的外界周期性的干扰力（激振力）作用引起；除了力之外,凡是随时间变化的位移、速度和加速度，也可以激起系统的振动；强迫振动振源：机外＋机内。

机外：其他机床、锻锤、火车、卡车等通过地基把振动传给机床机内：1）回转零部件质量的不平衡（旋转零件的质量偏心）2）机床传动件的制造误差和缺陷（如齿轮啮合时的冲击、皮带轮圆度误差及皮带厚度不均引起的张力变化，滚动轴承的套圈和滚子尺寸及形状误差）3）切削过程中的冲击（如往复部件的冲击；液压传动系统的压力脉动；断续切削时的冲击振动）强迫振动的特征：频率特征：与干扰力的频率相同，或是干扰力频率整倍数幅值特征：与干扰力幅值、工艺系统动态特性有关。

当干扰力频率接近或等于工艺系统某一固有频率时，产生共振相角特征：强迫振动位移的变化在相位上滞后干扰力一个φ角，其值与系统的动态特性及干扰力频率有关强迫振动的运动方程：图示：内圆磨削振动系统a) 模型示意图b）动力学模型c）受力图3.自激振动在没有周期性外力(相对于切削过程)作用下，由系统内部激发反馈产生的周期性振动；自激振动过程可用传递函数概念说明；切削过程本身能引起某种交变切削力，而振动系统能通过这种力的变化，从不具备交变特性的能源中周期性的获得补充能量，从而维持住这个振动。

剖析金属切削加工中的振动及其抑制措施摘要：金属切削加工中普遍存在振动现象，也是一种无法忽视的有害现象。

如果金属切削加工中出现振动现象，会导致刀具与工件之间产生航相对位移，则会造成加工表面出现振动痕迹，对零件的质量和性能容易造成不良影响。

其振动产生噪音会对人体听力造成损害，对于这些情况则需要对金属切削加工中的振动现象给予重视。

本文主要是对金属切削加工中的振动现象进行了分析，并提出科学合理的抑制措施。

关键词：金属切削加工；振动；抑制措施；引言：在金属切削加工中产生振动是非常普遍的现象，容易对工艺系统的正常切削过程造成不良影响，发生振动现象的原因比较多，一般是因为各种因素的影响所造成的。

但是对其产生原因进行排查和分析，根据分析结果采用具有针对性的抑制措施，便可以在一定程度上抑制振动的产生，同时还能控制振动造成的破坏影响，从而有效提升工件的加工质量，以及延长刀具的使用期限。

1.金属切削加工中振动现象的产生原因比如说在车削加工中也会产生振动，在车床安装的过程中通过加设隔振地基、且保障传动系统并不存在缺陷的情况下，在进行加工的过程中依旧还是会产生一定程度上的振动。

一般来说在金属切削加工中的振动类型分别是：自激振动、强迫振动[1]。

通常在机床中强迫振动的产生频率达到50%~60%，自激振动的产生频率占有40%左右。

1.强迫振动。

其产生原因主要在于在存在不平衡的情况下则会造成离心惯性力，当设备在运行的过程中，其质量存在偏心问题，当机床在运转的时候则会产生离心惯性力，也就是导致机床产生振动的原因。

2.机床传动机构存在缺陷。

一般来说在机床传动系统中的旋转零件，由于在制造的过程中存在误差问题，导致在转动的过程中会形成下干扰力，并且具有周期性的特点，进一步会产生出现强迫振动的激振力。

比如在制造齿轮的时候没有准确把握齿形的制造质量，以及没有精准控制啮合刚度，从而导致齿轮的轴向、切向等产生振动现象，甚至还能通过轴承、轴对其他零部件造成振动影响。

复杂精密零件车削中振动的消除方法摘要：复杂精密零件的加工质量决定着机器的装配精度和工作质量，显然保证复杂精密零件的加工质量尤为重要；振动是影响复杂精密零件的加工质量重要因素之一；根据振动产生的原因及引起振动的因素，消除复杂精密零件车削中的振动是提高加工质量的重要措施。

关键词：复杂精密零件车削振动消除在金属切削过程中，机床-刀具-工件系统往往会发生颤动，这种颤动称为振动。

切削中的振动将会在加工表面留下波纹，降低加工质量，同时伴有特征性的噪音出现，使刀具损坏，机床联接零件松动甚至损坏。

最终由于振动，有时不得不降低切削用量，从而影响生产率的提高，同时还给操作者的健康带来威胁。

保证复杂精密零件的加工质量是非常重要的，振动是影响复杂精密零件的加工质量重要因素之一，消除复杂精密零件车削中的振动是提高加工质量的重要措施。

引起振动的原因是多方面的，有外因也有内因，但根本原因是内因引起的。

一般我们将内因所引起的振动称为自发振动，将外因所引起的作用称为强迫振动。

一、产生振动的原因1.强迫振动强迫振动是在周期性的干扰力作用下发生的，其主要原因如下：（1）外界传来的振动。

在工作机床的周围有其他强力振动的机床或机器工作着，于是振动传给本机床。

（2）转动着的工件或机床部件不平衡。

如机床的齿轮、轴、卡盘或带轮的转动时不平衡而产生离心力。

因为离心力改变方向就会产生振动，其振动频率等于不平衡零件每秒的转数。

（3）机床传动机构或零件存在问题。

如精度不高或安装不正确的齿轮、磨损了的零件等都会产生干扰力。

此外如带传动接触不好、由油泵所造成的输油管中液体的脉动和粗加工所遗留下来是工件表面波峰等，均会产生周期性是干扰力。

（4）加工方法本身所引起的振动。

如车削带有轮齿的齿圈外圆或带有油槽、键槽的内孔等都会产生振动。

2.自发振动自发振动是物体受到没有振动的干扰力作用下，由其本身内部的矛盾性，即摩擦力或内应力等发生变化所引起的，它由运动本身所造成并受运动本身所支配，而当运动停止时，振动也消失。

车削过程中的振动和消振措施作者：申煜来源：《职业·下旬刊》 2012年第7期文／申煜在金属切削机床上对零件进行切削加工时，一般工艺系统所受的力包括切削力、夹紧力、运动部件的惯性力、接触部件相对运动的摩擦力、外界的干扰力、机床内部的激振力以及工件和夹具的重力等。

这些力作用在机床、工件和刀具上，使其产生一定的弹性变形，导致工艺系统产生振动。

在进行切削加工时，由于工艺系统发生强烈的相对振动，从而使工艺系统的各种成形运动受到干扰和破坏，这不仅使加工表面产生波纹，严重降低加工精度和表面质量，而且缩短机床和刀具的使用寿命，降低切削效率。

随着科学技术的不断发展，零件表面的质量要求越来越高，振动往往成为提高产品质量的主要障碍。

所以，在切削过程中应先了解振动产生的原因，然后采取相应的解决办法，本文主要介绍车削过程中产生的振动及消振措施。

一、车削过程中的振动1.车削中的强迫振动强迫振动是由外界持续激振力引起和维持的振动，车削中强迫振动产生的原因有以下几种；（1）不平衡离心惯性力。

当车床工作时，一些零部件如电动机、皮带轮、主轴部件以及传动齿轮等，由于存在质量偏心，在高速回转时产生离心惯性力，这种离心惯性力就是使机床产生振动的激振力。

（2）传动机构的缺陷。

机床上的零部件，特别是传动中的旋转零件，由于制造不精确，装配不良，转动时会产生周期性的干扰，成为强迫振动的振源。

（3）断续切削。

加工断续的工件（如形状不规则的工件和偏心工件）表面，常常会发生刀具与工件的冲击。

若被加工部分与间断部分有节奏地交替时，就可能产生周期性的激振力，这种交变切削力就会引起强迫振动。

（4）地基振动。

地基振动的强度一般取决于两个因素：一是受到邻近设备如冲床、钻床等的影响，产生振动；二是建筑物和地基等承载结构的谐振特点，当引起地基振动时，地基就会把振动传给机床，导致机床和地基一起振动。

因此，要想在车床上加工出精度较高、表面粗糙度值较小的工件，就必须把车床和地基隔开。

机械加工振动产生的原因及消除方法摘要：众所周知，在机械加工的过程中，存在着一个普遍的现象那就是机械振动，其实，机械振动是由多方面的因素造成的。

本文主要对机械加工过程中，机械振动的分类和特点进行了阐述，对机械振动的成因和影响展开了分析，同时对如何更好的解决机械振动产生的不利影响进行了深入的研究。

关键词：机械加工；振动产生；原因；消除方法引言机械加工是一项长期、循环往复的过程，由于长时间的运行，刀具和工件往往会受到很大的影响，因而不可避免的出现机械振动的情况。

在振动现象的影响下，加工部件的精度大大被降低，这对生产率的提高是非常不利的。

所以，应根据机械加工中出现的振动类型和产生的原因加以分析，采取有效的手段来降低或消除振动，从而提高机械生产的效率和质量。

1 机械加工振动类型在长时间的分析和实践中，按照机械振动产生的原因来分可以分为三类：自由振动、强迫振动和自激振动。

在机械运转时如果振动系统受到激振力的作用时会破坏机械的平衡状态，把能约束激振力的方式叫做自由振动，制造企业的机械加工系统自身具有一定阻尼，因此，自由振动会相对减弱，不会对机械加工产生过多的负面影响，属于机械加工振动中影响最小的一种振动。

而不同于自由振动，受迫振动和自激振动本身不能靠系统自身减弱振动，相反会对机械加工产生严重影响，本文接下来将对受迫振动及减振措施和自激振动及减振措施进行详细的分析和探讨。

2 振动产生的原因分析2.1自由振动产生的原因发生自动振动形式的主要原因是由于机械系统自身的弹力、重力作用下形成的，而没有任何外力参与。

因为组你和内耗都是振动系统中的一部分，比如简谐振动等，因此产生自由振动的原因是由于弹性元件或者惯性元件引发的。

2.2强迫振动产生的原因2.2.1高速回转出现不平衡状态，机械机床中高速回转的零件非常多，其中包括主轴、电机、皮带、磨床中的砂轮等等，就是由于出现不平衡状态导致出现离心惯性作用。

2.2.2机床传动零件缺陷所引起的周期性变化的传动力。

车削加工中振动产生原因及消除措施摘要：工作人员在进行车削加工时不难发现会导致一定的振动，这种振动使正常的加工系统受到影响，影响正常的工作甚至加工产品的外表，因为振动系统受损后导致外观模型变样。

一旦发生这种情况，还会导致整个车削加工加床和刀片的受损，从而大大降低工作效率，影响工作人员的工作情绪。

如果降低一定的噪音，则可以提升工作效率，所以掌握车削加工中导致产生振动的原因十分重要。

关键词：车削加工；振动；原因引言在进行车削加工过程中，导致振动的现象有很多，文章主要针对产生原因，根据不同振动现象提出了相应的改善建议和改进措施。

希望能够对车削加工提供一定的帮助，大大减少车削加工过程中所产的噪音和振动，从而提高加工效率，减轻工作人员的烦躁情绪，使加工人员能够更好地投入到工作中。

1振动的类型在机械加工中产生的振动，按产生的原因来分类，都具有自由振动、受迫振动和自激振动，与机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的动态特性有关。

自由振动是当振动系统的平衡被破坏，由弹性力来维持系统的振动。

是切削力的突然变化或其它外力冲击引起的。

可快速衰减，对车床加工影响非常小，可忽略不计。

受迫振动产生的原因是由系统外部或内部周期变化的激振力（也叫振源）的作用下而产生的振动，共振是受迫振动中的一个特例。

此振动主要由以下几方面原因产生高速回转存在不不衡，例如卡盘和工件、主轴、电动机转子、带轮等。

就是因为零件的不平衡而产生激振力F（也叫离心惯性力），车床传动存在误差，车床传动当中的齿轮组，由于制造误差、装配误差产生了周期变化的激振力；液压传动中油液脉动、轴承滚动体尺寸差、皮带接缝等因素。

自激振动是在没有外激励作用的情况下由系统自身激发所产生的一种振动，特点是一种不衰减的振动过程本身能引起周期性变化的力，此力可从非交变特性的能源中周期性地获得能量的补充，以维持这个振动。

主要是车削过程中工件系统的弯曲振动（低频振动）和车刀的变形产生的弯曲振动（高频振动）。

重谈车削过程中的振动分析与消振措施昂朝凯2003年的实习教学工作已经结束，有一个难题常期的困惑着我们——振动。

当我们在进行切削加工的过程中，工艺系统由于受到各种力的作用，以及弹性系统的力学特性影响，工件各刀具之间常常发生强烈的相对振动，从而使工艺系统的各种成形过程受到干扰和破坏。

它不不仅使加工表面产生波纹，严重恶化加工精度和表面质量，而且缩短机床和刀具的使用寿命，降低切削效率。

另外，振动时所发生的噪音会影响操作者的情绪和注意力，慢慢产生一种恶性循环，使我们经过认真准备，精心操作的工件在最终成形的一刹那，变得面目全非，幸勤的劳动于一旦，对我们学生在考工中的合格率，优秀率无疑产生了重大影响。

这也是我们提高教学质量，让学生了解和掌握未来实际生产中的关键技术，必须解决的一个重要课题。

针对这个问题，一个车加工工件最终的好坏，主要是取决于它的尺寸精度，形位精度及表面质量三个方面。

而振动给以上三个方面的负面影响无一幸免。

因此我们认为必须在分析振动原因，找出振动源着手，从而采用相应的消除和减小振动的方法，措施。

下面是我们分析的车削加工系统上的力及其影响：工件——刀具——振动源——（环境、电机、机床自激震动、系统的被迫震动）——工件的不平衡性（自由振动）——振源聚合——产生强烈的振纹。

从此可以看出，机械加工中的振动有三种，自由振动、强迫振动和自激振动。

而三种情况中，占主要的是强迫振动和自激振动，自由振动所占的比例较小。

所以现在我们就着重分析强迫振动和自激振动在车削振动中的影响。

1、车削中的强迫振动强迫振动从观察的结果看是由外界持续激振力引起的，并且在车削过程中始终地作相应的维持。

我们今天分析某些激振力因素，也就找到了强迫振动产生的具体原因：（1）不平衡离心力、惯性当车床工作时，一些相对旋转机件，工件如：电机转速，皮带轮，皮带、主轴及各种齿轮，它都存在微量的偏心，少数部件还相对严重，在高速回转时，产生离心惯性力就使机床振动。