1、 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
2、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
3、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。另外，机床夹具及被加工工件也存在质量偏心的因素，如：毛坯工件的不圆整，鸡心夹头的轻重（双顶针加工时） ，长工件的弯曲变形，这都是产生强迫振动的激振力振源。我们从平时教学中观察发现（不关实验资料
4、也表明）：仅车床主轴、车头箱齿轮及三卡盘三样因回转体不平衡而引起的激振力就高达 138（N ） ，这样大的激振力如果影响到零件上将势必明显破坏加工精度和表面质量。如果这时工件也存在一些不平衡，刚性不足等自振现象，这时两者就会产生强烈的“共振”而且还会愈演愈烈。（2）传动机构的缺陷因素我们还发现车床上的零部件，尤其是传动中的旋转零件，由于制造或装配不良，就会在转动是时产生周期性的干扰力，而成为强迫振动的振源。例如：交换齿轮的齿形误差，日久变形，齿轴弯曲、松动，三角皮带接头不匀，松紧不一产生弹击现象，轴磨损误差，电动机不稳等一系列不易被人觉察的细节问题都是传动缺陷因素，都将对我们的操作稳定性，平复
5、性带来诸多的不利，何况上述情况还会同时发生。因此我们必须在教学中要告戒学生，不能对机床有任何的蛮干。避免对机床部件的冲击损害，尽量减少人为的缺陷因素。2、车削中的自激振动由于在加工中我们还会发现，在没有外力的作用下，由系统内部激发及反馈的相互作用而产生较稳定的周期性振动。稳定的“颤振” ，这就是自激振动。其主要特点就是不受外力的影响条件下产生，是由车削系统本身操作过程产生。如果车削停止，内部激振力也随消失。因此，我们把车削过程中所出现的振动主要视作为自激振动。从振动原理和抗振角度来看，车床的工作条件不好，这是因为车床上的工件及卡盘、主轴、尾架的刚度较低，切削面积又较大的缘故。所以在加工细长轴时
6、或卡盘夹持加工大直径工件时，由于工件增大了切削力矩，这不但从传动的平稳性看是不利的。一般情况下，车削颤振时，主要振动系统也许是刀具刀架系统；也许是工件系统；还有可能是“主轴-工件- 尾架”系统。不论是那一种情况，最终将使刀具各工件不停地产生相对振动。车削时自激振动有低频和高频振动两类：前者主要由于是工件系统的弯曲振动，它的频率接近于工件系统的固有频率，噪声比较低沉，在工件上留下深而宽的振纹，一般常使机床尾架、刀架、拖板松动，并打坏车刀，使工件移位，尺寸精度及形状位置改变，工件直至报废。后者是车刀的弯曲振动，其频率接近车刀的固有频率。它发出的噪声尖锐刺耳，加工面上留下的振纹细而密。这只是在刀具本
7、身及刀架部位振动，而工件机床部件相干较为平静。它一般与刀具刀杆刚性装夹方法及刀具的锋利程度、流畅与否、刀具的几何角度等方面都有较为密切的关系。上述两者综合起来，反映到车削过程如：宽刃车刀车外圆时或横向走刀切槽时，经常看到工件表面的振纹，其原因就是再生颤振的结果。既然是车床、环境、工件、装夹、刀具方面都会产生振源，那么就必要设法改变它。3、防止和消振措施既然知道振动对机床加工非常有害，因此就应在找出的具体引振源上，设法在切削过程中，有针对性地采取防止和消除的措施。强迫振动消除方法：（1）减少激振力，主要是消除或降低不平衡引起的离心惯力及断续车削时的冲击力。提高机件的加工，装配质量，改变运行条件。
8、（2）提高工艺系统刚性及增加阻尼，这是防止振动的积极措施，有些部件可偿试刚性软接触，充分合理调整间隙，消除工件不平衡，加工余量不均匀，表面不连续等周期必切削冲击力，配以阻尼器及减振装置消振，（3）合理选择切削用量，必须循“取两头，避中间”的原则。（4）合理使用刀具较大的主副偏角，较大的前角，较小的后角，刀具伸长尽量短些，甚至使用弹性刀杆。（5）其它辅助措施如：改变装夹工件的方法，改变进刀方向，使用中心架、跟刀架等方法来达到防止消振的目的。综上所述，机床振动是由各种各样的复杂因素综合产生，我们必须掌握它的振动原因，积极采取相应的对策，变动为主动，努力消除客观上的不利因素，保证机械加工中的加工效率。让学生在明年的考工中有所得益。2003 年 1 月 8 号
