摘要:机械加工中的振动现象会对生产效率和被加工零件的表面质量造成影响,甚至会产生噪声污染。因此,研究机械加工过程中机械振动的成因及其解决措施至关重要。文章在对机械加工过程中的机械振动类型及其成因分析的基础上,结合实际提出解决对策,为机械振动问题的解决提供参考。
关键词:机械加工;机械振动;解决措施
在机械加工过程中,机械振动是普遍存在的,其产生的原因是多方面作用的结果。机械振动不仅会降低机械加工的速率,而且会影响被加工零件的质量,造成生产浪费,危害巨大。因此,要针对机械加工的不同类型,分析振动现象及其产生的原因,采用科学的措施来解决机械振动,提升生产效率和质量。
1 机械加工过程中机械振动种类及其成因
在机械加工过程中,人们针对不同机械振动产生的原因将机械振动分为:自由振动、自激振动和受迫振动,下面,将对这 3 种振动种类进行分析。
(1)自由振动及其成因。自由振动主要是在机械加工过程中,激振力会作用于系统中,会使系统处于失衡状态产生的振动。是加工过程中最普遍也是最简单的振动类型,在其产生后,如果不再对其施加外力,会不断减少,因此,自由振动所产生的影响微乎其微,可以忽略不计。
自由振动主要是以下两方面所导致的:一方面,是切削力的突然变化;另一方面,是外力的持续作用。正常情况下,自由振动会随着振动阻尼的作用而逐渐减少,进而消失,影响较小。
(2)自激振动及其成因。自激振动是系统运行过程中产生的交变力作用的结果,且只受交变力的影响。如果不能进行科学抑动,可能会导致振动幅度继续增大。自激振动的的频率受系统频率所影响,且其强度由振动系统能量的多少所决定,能量补充会随着振动终止而消失。
自激振动主要是以下 5 方面所导致的:①刀具与工件在加工过程中摩擦力发生变化,进而引发了自激振动;②在加工过程中,工件刚度不一,材料分布不均,使刀具在使用过程中出现崩刀;③刀因自身刚度差而在生产过程中产生振动,产生了自激振动;④在加工过程中产生的积屑沉积,而且没有及时清理,使刀具和积屑之间的作用力不稳定,造成自激振动;⑤在加工过程中没有对切削用量进行科学制定,使自激振动产生。
(3)受迫振动及其成因。受迫振动是最主要的振动类型,主要是受外力作用而产生,这种外力与加工过程本身没有管理,会因外力的消失而停止。但这种外力有其周期性,因此,受迫振动对工作运行的影响较大。其频率与外力的频率具有极高的吻合度,甚至会产生共振,破坏力巨大。
受迫振动是内、外因综合作用下的成果。其内因主要有以下 3 点:①系统在安装过程中存在误差,产生离心力,使系统自身产生诊断;②主轮、皮带等零部件在运作过程中不平衡,同样也会产生离心力;③机械系统在进行切削时,会存在间歇性的节奏交替,产生离心力。其外因主要有以下 2 方面:①地基震动,如冲床等机械所造成的振动;②机械加工设备的惯性力,如机械设备在进行往复运动过程中,会产生惯性力,加重了受迫振动。
2 降低机械加工过程中机械振动处理方法
通过有关数据统计分析,机械加工3种振动的发生率占比中自激振动发生率最高约在65%左右;其次,是强迫振动,其占比约为30%。以上两种振动具有持续性和不衰减的特点,在加工过程中对工件最终质量影响不能忽视,应采取必要措施进行降低或消除。自由振动所占比例最低,且因其衰减特性,对整个加工质量的影响较小。
2.1 减小强迫振动的处理方法
2.1.1 减小干扰力
干扰力主要由于加工过程的旋转运动不平衡质量惯性引发,减小方法主要是降低转动质量不平衡特性,通过对超过600 rpm转速以上的回转件进行静平衡以及动平衡,并做不平衡质量补偿,或者设置平衡装置来达到降低干扰力的目的。通过使用无接头或少接头皮带。皮带成组使用时,使用联组带的形式,提高带传动的稳定性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆另外,在齿轮传动系统中,尽量使用斜齿轮代替直齿轮传动,并在加工系统主轴上安装飞轮,使用小功率的驱动动力装置,通过安装调整手段改善联轴器两侧轴的对中情况,减少润滑油泵凸轮的使用等措施提高加工系统的稳定性也能有效降低干扰力。
2.1.2 调整振源频率
在机加工的作业中,应充分考虑系统的固有频率,避免发生共振现象,通过调整干扰力的频率特性避开系统固有频率及其倍频区域。在加工设备结构设计阶段,应合理考虑加工件可能发生的情况,在设计组成部件时,应充分考虑运转速度以及系统频率的关系,应从根源上避免共振的发生。可以通过调整轴承齿轮间隙等手段改变干扰力的频率。同时,还可以从工件加工的工艺参数上入手,从工件的运动状态来改变振动频率,避开共振区域。
2.1.3 增加加工系统的阻尼
阻尼增加可有效的降低强迫振动的影响,主要是通过加装主轴电液阻尼器,适当的对部件实施预紧,使用能够提升阻尼的型砂或混凝土基础提升支撑部位的刚度,在受弯曲应力的支撑件内层涂覆高弹性高阻尼的涂层,以及提高整个加工设备的结构刚性等措施来实现。通过隔离手段来降低强迫振动,在设备设计上可以考虑将动力源、液压装置同加工设备分离,并在加工设备与地基间加装隔振吸振材料,如在动力设备底部加装硬橡胶板,以及加工设备设置独立基础等来避免外来干扰。
2.2 减小自激振动的处理方法
自激振动主要受系统内部因素影响,应从工艺参数入手减小或消除自激振动。
2.2.1 减小重叠系数
重叠系数对系统再生效应的大小影响很大。重叠系数值μ由加工方式、刀具的几何形状以及切削用量来决定。两种加工方式的μ值,加工螺纹工件时,μ=0,工艺系统不会有再生型自激振动产生。而切断工件时,μ=1,所产生的再生效应最大。对于一般外圆,纵向车削时,μ为0~1,因此,通过改变切削用量和刀具几何形状,尽量减小μ值,可提高切削的稳定性。
2.2.2 优化刀具的刀角参数
主偏角以及刀前角是自激振动的主要影响因素,其规律是随主偏角增大振幅减小,刀前角越大振幅越小,同时切削力也变小,可以适当优化增大主偏角以及前角来减小自激振动。
2.2.3 优化金属切削工艺参数
在兼顾生产效率的同时,应选择较小的切削深度,采用高速或低速切削,以及较大的进给量可以有效的降低自激振动。优化工件、刀具以及加工设备的空间相对位置,可有效提高设备的整体高度,对自激振动有抑制作用。并观察工件正反转对振动的影响也可有效的解决自激振动。
结束语:
械加工是机械生产中的重要组成部分,机械加工过程精度要求高,因此,保障机械加工质量是机械生产的基础。通过前面的分析和讨论,我们可以得出结论,在加工过程中产生机械振动主要有两种方式。受迫振动和自激振动,机械振动对于机器质量的影响是十分巨大的,他可能影响到设备的损耗程度甚至说产品的质量以及生产速度和生产效率等等,这就要求我们及时找出原因,采取针对性的解决办法进行相应的控制与改进,防止振动对机械加工产生的负面影响,从而提高机械产品加工质量。
参考文献:
[1]李文超.研究机械加工过程中机械振动的原因及处理措施[J].山东工业技术,2017,(9):54.
[2]戴瓅伟.浅析机械加工过程中机械振动的原因及对策[J].山东工业技术,2017,(11):6.
[3]袁巨龙,张飞虎,戴一帆,等.超精密加工领域科学技术发展研究[J].机械工程学报,2010,46(15):161-177.
[4]刘建新,杨庆玲.机械加工过程中机械振动的成因及解决措施[J].常州工学院学报,2013,36(1):6-9.
[5]庞单舒,王倩.机械加工过程中机械振动的成因及解决措施研究[J].中国设备工程,2017,(19):73-74.
论文作者:胡希,汪哲
论文发表刊物:《电力设备》2018年第34期
论文发表时间:2019/5/20
标签:过程中论文; 机械加工论文; 机械论文; 加工论文; 工件论文; 系统论文; 成因论文; 《电力设备》2018年第34期论文;