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毕 业 设 计（论 文）任 务 书机械工程及自动化 系 机械设计制造及其自动化 专业 班 学生 一、毕业设计(论文)课题 钢珠式减振器在铣床模型机上的减振实验研究 二、毕业设计(论文)工作自 2006 年 3 月 13 日起至 2006 年 6 月 25 日止三、毕业设计(论文)进行地点 本 校 四、毕业设计(论文)的内容要求 1、调研、查阅参考资料,撰写开题报告和文献综述 (1)、了解目前国内外机床振动问题的研究现状。 (2)、了解机床整机结构的固有特性及其对加工质量的影响。 (3)、学习机床振动的测试方法和测试仪器的使用。 (4)、学习正交试验的方法。 (5)、了解振动的危害及预防机床振动的对策。 2、铣床模型机的设计 (1)、以X62W为基型，仔细分析其整体结构和主轴悬臂梁系统，设计一台铣床模型机，其外型尺寸如下：长750宽250高450，主轴、挂架、减振槽、电机等结构设计可以自主发挥，但立柱、挂架上的主轴孔装配必须满足同轴度的设计要求。 (2)、计算机绘制1张A0模型机装配图和1张A0模型机 的部分零件图。 3、测试寻找模型机的各阶主要固有频率 (1)、学习HP3562A结构动态分析仪的使用方法。 (2)、用脉冲锤激励的方法测试寻找模型机的各阶主要频率，分析其结构的固有特性。 4、模型机的减振实验研究 (1)、正交试验方案的选择和确定。 (2)、钢珠式减振实验。 5、撰写研究论文 6、翻译不少于2000字的外文资料。 负责指导教师 指 导 教 师 接受设计论文任务开始执行日期 学生签名 毕 业 设 计（论 文）任 务 书机械工程及自动化 系 机械设计制造及其自动化 专业 班 学生 一、毕业设计(论文)课题 钢珠式减振器在铣床模型机上的减振实验研究 二、毕业设计(论文)工作自 2006 年 3 月 13 日起至 2006 年 6 月 25 日止三、毕业设计(论文)进行地点 本 校 四、毕业设计(论文)的内容要求 1、调研、查阅参考资料,撰写开题报告和文献综述 (1)、了解目前国内外机床振动问题的研究现状。 (2)、了解机床整机结构的固有特性及其对加工质量的影响。 (3)、学习机床振动的测试方法和测试仪器的使用。 (4)、学习正交试验的方法。 (5)、了解振动的危害及预防机床振动的对策。 2、铣床模型机的设计 (1)、以X62W为基型，仔细分析其整体结构和主轴悬臂梁系统，设计一台铣床模型机，其外型尺寸如下：长750宽250高450，主轴、挂架、减振槽、电机等结构设计可以自主发挥，但立柱、挂架上的主轴孔装配必须满足同轴度的设计要求。 (2)、计算机绘制1张A0模型机装配图和1张A0模型机 的部分零件图。 3、测试寻找模型机的各阶主要固有频率 (1)、学习HP3562A结构动态分析仪的使用方法。 (2)、用脉冲锤激励的方法测试寻找模型机的各阶主要频率，分析其结构的固有特性。 4、模型机的减振实验研究 (1)、正交试验方案的选择和确定。 (2)、钢珠式减振实验。 5、撰写研究论文 6、翻译不少于2000字的外文资料。 负责指导教师 指 导 教 师 接受设计论文任务开始执行日期 学生签名 毕业设计（论文）进度表 机械工程及自动化 系月日周次任务阶段名称及详细项目检查日期检 查 结 果3133 查阅资料并熟悉毕业设计任务204 查阅资料并熟悉毕业设计任务27 5 阅读资料撰写并提交开题报告和文献综述436了解机床振动的测试方法和测试仪器的使用.10 7学习正交试验的方法178 设计正交实验的方案249 对铣床模型机进行结构设计5110 计算机绘制1张A0模型机装配图811 绘制1张A0模型机的部分零件图月日周次任务阶段名称及详细项目检查日期检 查 结 果51512 测试寻找模型机的各阶主要固有频率2213 进行钢珠式减振实验2914 进行钢珠式减振实验6515 整理实验数据并翻译外文资料1016撰写毕业设计论文1917毕业设计答辩指导教师(签名) 学生(签名) 年 月 日 年 月 日毕业设计（论文）进度表 机械工程及自动化 系月日周次任务阶段名称及详细项目检查日期检 查 结 果3133 查阅资料并熟悉毕业设计任务204 查阅资料并熟悉毕业设计任务27 5 阅读资料撰写并提交开题报告和文献综述436了解机床振动的测试方法和测试仪器的使用.10 7学习正交试验的方法178 设计正交实验的方案249 对铣床模型机进行结构设计5110 计算机绘制1张A0模型机装配图811 绘制1张A0模型机的部分零件图月日周次任务阶段名称及详细项目检查日期检 查 结 果51512 测试寻找模型机的各阶主要固有频率2213 进行钢珠式减振实验2914 进行钢珠式减振实验6515 整理实验数据并翻译外文资料1016撰写毕业设计论文1917毕业设计答辩指导教师(签名) 学生(签名) 年 月 日 年 月 日 毕业设计（论文）开 题 报 告题 目 钢珠式减振器在铣床模 型机上的减振实验研究 专 业 机械设计制造及自动化 班 级 机0 2 9 班 学 生 指导教师 2006 年一、 毕业设计(论文)课题来源、类型 本次毕业设计的课题是“钢珠式减振器在铣床模型机上的减振实验研究”，其来源为科学研究，类型为科研论文。 二、选题的目的及意义 机床振动是不希望产生的。这是由于振动所产生的噪声可能刺激操作工人，引起疲倦，使其工作效率下降；并且它又可能使机床零件过早出现疲劳破坏，从而使零件的安全程度、可靠性和强度下降；机床的振动还会导致被加工工件的表面粗糙度和精度降低，刀具寿命和生产率下降。因此，必须了解机床振动的规律，并尽可能加以限制。随着生产技术的不断发展，对零部件加工质量要求的日益提高，防止和消除机床的振动已成为迫切需要解决的问题。当开动机床进行加工时，由于机床各运动部分彼此发生一定规律的相对运动，因而其摩擦表面上必然有摩擦作用着，机床回转部分不平衡等因素必将使回转系统受到离心力的作用，切削过程中刀具切入工件的金属层，将会使整个机床系统受到切削力作用，这些作用力并非保持常值，有的是周期性变化的；有的可能同系统某些元件的刚度轴线有一定的方位关系等，这些力在某些条件下会起一定的激振作用，从而使整个机床系统或其零部件发生各种类型的振动。 机床的加工质量主要是由静态精度和动态特性决定，在机床设计中往往已经确定其工作范围，在机床的使用中若在这个工作范围内达不到所需要的加工精度，往往都是由振动引起的，而静态精度则是可以通过调整机床达到的，动态性能在传统的机床设计方法中很难实现，而在现代设计方法中，即虚拟样机技术则可以通过物理仿真提前对机床性能进行了解。振动对加工的影响主要有：1、工件加工质量下降。2、产生大量噪音。3、加工效率下降。4、振动引起工艺系统承受动态交变载荷，对机床薄弱环节易产生破坏。 为了减小振动带来的种种危害，减小甚至消除振动是很有必要的。主要方法有：1、减少外界振动干扰。2、隔离振源。3、提高机床加工系统的抗振性、增大系统阻尼。4、使用减振器。5、调整振源频率，避免产生共振。 三、 本课题在国内外的研究状况及发展趋势 因为还仅限于普通机床研究、对高速或超高速机床的动态特性的研究还罕见报道。目前，对机床动态的研究主要有试验模态分析法和有限元法。今后的发展趋势是上述两种方法结合起来，利用试验模态分析结果检验补充和修正原始有限元动力学模型，利用修正后的有限元模型计算结构的动力特性的响应，进行结构的优化设计。 仅分析个别零部件，无法全面反映机床整机的性能，因为各零件之间结合部对整机的动态性能影响很大，所以有必要做包括结合部在内的整机动力学分析。近几年已有北京理工大学、东南大学、上海交通大学等少数研究机构用有限元法分析整机动态性能，他们采用的研究方法各不相同，特别体现在结合部的处理上，精度有高有低，难度有易有难。他们尝试了一种新的方法，在pro/E中装配各种零部件的CAD模型，作为导入专门的前后处理软件Hypermesh中划分网格，再导入Ansys中分析，该方法全部在商品化软件平台上进行。它的优点：1、CAD模型从pro/E导入Hypermesh时，可以保证模型完全准确地导入，不需做任何修改。2、结合部直接采用软件中现有单元，可以方便地调整参数。 国外，机床结构的动力学修改和动态优化设计等方面的研究发展很快，普通采用有限元法对机床部件及整体进行动态特性分析，并已用于高速机床的开发和研究中。 西班牙的M、Zatarain用有限元法对立式铣床进行模态分析，采用Nastrain和T-deas两种商用软件，建立包括床身、立柱、头架及它们之间的滚动导轨结合部在内的整机模型，并进行了模态分析，可以通过几种方案的比较，选择其中较合理的结构。 韩国科学技术高级学院Jung Dang Suth和Dai HiuLee用有限元法分析高速机床的主轴外壳的阻尼特性，并用有限元法对高速铣床的滑动结构进行分析，得到一种新型的复合结构，不仅减轻质量，还提高了它的阻尼系数。 四、 本课题主要研究内容 调研、查阅参考资料，了解目前国内外机床振动问题的研究现状，机床整机结构的固有特性及其对加工质量的影响。学习机床振动的测试方法和测试仪器的使用、如何利用正交试验来设计实验方案和优化实验，并了解振动的危害，提出预防机床振动的对策。 铣床模型机的设计：以X62W为基型，仔细分析其整体结构和主轴悬臂梁系统，设计一台铣床模型机，并画其装配图和部分零件图。学习HP3562A结构动态分析仪的使用方法，用脉冲锤激励的方法测试寻找模型机的各阶主要频率，分析其结构的固有特性，然后确定正交试验的方案，进行钢珠式减振实验。 五、 完成论文的条件和拟采用的研究手段（途径） 前期主要是查阅期刊、杂志和有关机床振动方面的书籍，并在网络查找一些最新的研究振动的文章。了解振动的危害和一些减振的基本原理、测试振动的仪器、使用仪器的方法。主要还是通过实验来分析和论证。 钢珠减振原理：应该属于动态振动吸振的方式，该方式的工作原理是：以一个电子或机械的谐振系统附加在振动结构上去抵消原振动，从而达到减振的目的。钢珠是附加的系统，振源的振动通过机床与钢珠的接触传递给钢珠，引起钢珠振动，吸收了振源振动的能量，从而达到减少振源振幅的目的。 对铣床模型机加载激振力，通过测试仪器对其进行测试、分析，寻找其各阶固有频率。在实验条件下，确定机床减振效果最好的配比方案，并通过共振峰值被压低的比率来衡量减振的效果。在设计模型机时，可以查阅相关的机械设计手册。 六、本课题进度安排、各阶段预期达到的目标 3月 查阅资料并填写任务书，撰写开题报告和文献综述。 4月 了解机床振动的测试方法和测试仪器的使用，设计正交试验的方案，对铣床模型机进行结构设计。 5月 计算机绘制一张A0模型机装配图和一张A0部分零件图，然后进行测试 模型机各阶固有频率和减振的实验。 6月 翻译外文资料，并撰写毕业设计论文和毕业答辩。 七、指导教师意见对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 指导教师： 八、所 在 专 业 审 查 意 见 负责人： 毕业设计（论文）开 题 报 告题 目 钢珠式减振器在铣床模 型机上的减振实验研究 专 业 机械设计制造及自动化 班 级 机0 2 9 班 学 生 指导教师 2006 年毕业设计(论文)课题来源、类型 本次毕业设计的课题是“钢珠式减振器在铣床模型机上的减振实验研究”，其来源为科学研究，类型为科研论文。 二、选题的目的及意义 机床振动是不希望产生的。这是由于振动所产生的噪声可能刺激操作工人，引起疲倦，使其工作效率下降；并且它又可能使机床零件过早出现疲劳破坏，从而使零件的安全程度、可靠性和强度下降；机床的振动还会导致被加工工件的表面粗糙度和精度降低，刀具寿命和生产率下降。因此，必须了解机床振动的规律，并尽可能加以限制。随着生产技术的不断发展，对零部件加工质量要求的日益提高，防止和消除机床的振动已成为迫切需要解决的问题。当开动机床进行加工时，由于机床各运动部分彼此发生一定规律的相对运动，因而其摩擦表面上必然有摩擦作用着，机床回转部分不平衡等因素必将使回转系统受到离心力的作用，切削过程中刀具切入工件的金属层，将会使整个机床系统受到切削力作用，这些作用力并非保持常值，有的是周期性变化的；有的可能同系统某些元件的刚度轴线有一定的方位关系等，这些力在某些条件下会起一定的激振作用，从而使整个机床系统或其零部件发生各种类型的振动。 机床的加工质量主要是由静态精度和动态特性决定，在机床设计中往往已经确定其工作范围，在机床的使用中若在这个工作范围内达不到所需要的加工精度，往往都是由振动引起的，而静态精度则是可以通过调整机床达到的，动态性能在传统的机床设计方法中很难实现，而在现代设计方法中，即虚拟样机技术则可以通过物理仿真提前对机床性能进行了解。振动对加工的影响主要有：1、工件加工质量下降。2、产生大量噪音。3、加工效率下降。4、振动引起工艺系统承受动态交变载荷，对机床薄弱环节易产生破坏。 为了减小振动带来的种种危害，减小甚至消除振动是很有必要的。主要方法有：1、减少外界振动干扰。2、隔离振源。3、提高机床加工系统的抗振性、增大系统阻尼。4、使用减振器。5、调整振源频率，避免产生共振。 本课题在国内外的研究状况及发展趋势 因为还仅限于普通机床研究、对高速或超高速机床的动态特性的研究还罕见报道。目前，对机床动态的研究主要有试验模态分析法和有限元法。今后的发展趋势是上述两种方法结合起来，利用试验模态分析结果检验补充和修正原始有限元动力学模型，利用修正后的有限元模型计算结构的动力特性的响应，进行结构的优化设计。 仅分析个别零部件，无法全面反映机床整机的性能，因为各零件之间结合部对整机的动态性能影响很大，所以有必要做包括结合部在内的整机动力学分析。近几年已有北京理工大学、东南大学、上海交通大学等少数研究机构用有限元法分析整机动态性能，他们采用的研究方法各不相同，特别体现在结合部的处理上，精度有高有低，难度有易有难。他们尝试了一种新的方法，在pro/E中装配各种零部件的CAD模型，作为导入专门的前后处理软件Hypermesh中划分网格，再导入Ansys中分析，该方法全部在商品化软件平台上进行。它的优点：1、CAD模型从pro/E导入Hypermesh时，可以保证模型完全准确地导入，不需做任何修改。2、结合部直接采用软件中现有单元，可以方便地调整参数。 国外，机床结构的动力学修改和动态优化设计等方面的研究发展很快，普通采用有限元法对机床部件及整体进行动态特性分析，并已用于高速机床的开发和研究中。 西班牙的M、Zatarain用有限元法对立式铣床进行模态分析，采用Nastrain和T-deas两种商用软件，建立包括床身、立柱、头架及它们之间的滚动导轨结合部在内的整机模型，并进行了模态分析，可以通过几种方案的比较，选择其中较合理的结构。 韩国科学技术高级学院Jung Dang Suth和Dai HiuLee用有限元法分析高速机床的主轴外壳的阻尼特性，并用有限元法对高速铣床的滑动结构进行分析，得到一种新型的复合结构，不仅减轻质量，还提高了它的阻尼系数。 本课题主要研究内容 调研、查阅参考资料，了解目前国内外机床振动问题的研究现状，机床整机结构的固有特性及其对加工质量的影响。学习机床振动的测试方法和测试仪器的使用、如何利用正交试验来设计实验方案和优化实验，并了解振动的危害，提出预防机床振动的对策。 铣床模型机的设计：以X62W为基型，仔细分析其整体结构和主轴悬臂梁系统，设计一台铣床模型机，并画其装配图和部分零件图。学习HP3562A结构动态分析仪的使用方法，用脉冲锤激励的方法测试寻找模型机的各阶主要频率，分析其结构的固有特性，然后确定正交试验的方案，进行钢珠式减振实验。 完成论文的条件和拟采用的研究手段（途径） 前期主要是查阅期刊、杂志和有关机床振动方面的书籍，并在网络查找一些最新的研究振动的文章。了解振动的危害和一些减振的基本原理、测试振动的仪器、使用仪器的方法。主要还是通过实验来分析和论证。 钢珠减振原理：应该属于动态振动吸振的方式，该方式的工作原理是：以一个电子或机械的谐振系统附加在振动结构上去抵消原振动，从而达到减振的目的。钢珠是附加的系统，振源的振动通过机床与钢珠的接触传递给钢珠，引起钢珠振动，吸收了振源振动的能量，从而达到减少振源振幅的目的。 对铣床模型机加载激振力，通过测试仪器对其进行测试、分析，寻找其各阶固有频率。在实验条件下，确定机床减振效果最好的配比方案，并通过共振峰值被压低的比率来衡量减振的效果。在设计模型机时，可以查阅相关的机械设计手册。 六、本课题进度安排、各阶段预期达到的目标 3月 查阅资料并填写任务书，撰写开题报告和文献综述。 4月 了解机床振动的测试方法和测试仪器的使用，设计正交试验的方案，对铣床模型机进行结构设计。 5月 计算机绘制一张A0模型机装配图和一张A0部分零件图，然后进行测试 模型机各阶固有频率和减振的实验。 6月 翻译外文资料，并撰写毕业设计论文和毕业答辩。 七、指导教师意见对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 指导教师： 八、所 在 专 业 审 查 意 见 负责人： 钢珠式减振器在铣床模型机上的减振实验研究摘要 机床减振的实验研究对机床工业向高精密和超高精密方向发展具有重要的现实意义。本文首先对机床振动问题的研究现状和发展趋势、振动的危害及产生的原因进行论述；之后，提出机床减振的各种措施及预防对策；其次，对X62W型万能铣床进行结构分析，依据X62W铣床设计简单的铣床模型机；为了更好的进行减振实验，必须先熟悉操作HP3562A动态分析仪、电动式激振器和其它一些测量仪器；在模型机上不加减振器的情况下，采用正弦和脉冲激励信号分别对其进行激振，测试它的各阶固有频率并分析动态特性；最后，学习了解正交设计的方法和钢珠减振的原理，为减振实验设计正交试验方案；采用钢珠减振器对铣床模型机进行减振实验，并整理分析实验数据，确定钢珠减振的最佳方案。机床减振一直是机床工业各界人士潜心研究的对象，机床抗振性的好坏直接影响到其工作时的加工精度，因此，机床减振问题的研究对整个机械行业都有一定的现实意义。关键词：减振器，模型机，固有频率，正交设计，动态特性钢珠式减振器在铣床模型机上的减振实验研究摘要 机床减振的实验研究对机床工业向高精密和超高精密方向发展具有重要的现实意义。本文首先对机床振动问题的研究现状和发展趋势、振动的危害及产生的原因进行论述；之后，提出机床减振的各种措施及预防对策；其次，对X62W型万能铣床进行结构分析，依据X62W铣床设计简单的铣床模型机；为了更好的进行减振实验，必须先熟悉操作HP3562A动态分析仪、电动式激振器和其它一些测量仪器；在模型机上不加减振器的情况下，采用正弦和脉冲激励信号分别对其进行激振，测试它的各阶固有频率并分析动态特性；最后，学习了解正交设计的方法和钢珠减振的原理，为减振实验设计正交试验方案；采用钢珠减振器对铣床模型机进行减振实验，并整理分析实验数据，确定钢珠减振的最佳方案。机床减振一直是机床工业各界人士潜心研究的对象，机床抗振性的好坏直接影响到其工作时的加工精度，因此，机床减振问题的研究对整个机械行业都有一定的现实意义。关键词：减振器，模型机，固有频率，正交设计，动态特性参考文献1郑伟中，机床的振动及其防治M，北京：科学出版社，1981。2戴曙，金属切削机床设计M，北京：机械工业出版社，1985。3英M.M.萨迪克，机床动力学M，华中工学院机械工程研究所译，武汉：华中工学院，1980。4杨，唐恒龄，廖伯瑜，机床动力学M，北京：机械工业出版社， 1983。5黄长艺，严普强，机械工程测试技术基础M，北京：机械工业出版社，1984。6关颖男，施达德，试验设计方法入门，北京：冶金工业出版社，1985。7郑兆昌，机械振动(上册)、（中册）M，北京：机械机械工业出版社，1986。8英S.A.托贝斯，机床振动学M，天津大学机械制造系译，北京：机械工业出版社，1977。9英A.C.沃尔肖，机械振动与应用M，朱世杰，邱学章译校，北京：中国铁道出版社，1994。10黄永强，陈树勋，机械振动理论M，北京：机械工业出版社，1996。11季文美，方同，陈松淇，机械振动M，北京：科学出版社，1985。12丹J.T.勃劳希，机械振动和冲击测量M，沈小白，石沅，吴月明译，上海：同济大学出版社，1993。13刘先志，机械振动学导论M，济南：山东人民出版社，1962。14张维屏，机械振动学M，北京：冶金工业出版社，1983。15美S.M.凯利，机械振动M，贾启芬，刘习军译，北京：科学出版社，2002。16北京大学数学力学系，正交设计M，北京：人民教育出版社，1976。17刘延柱，陈文良，陈立群，振动力学M，北京:高等教育出版社，1998。18倪振华，振动力学M，西安：西安交通大学出版社，1989。19Kelly, S G.Fundamentals of Mechanical VibrationsM,New York: McGraw-Hill, 1993.20Kapitaniak T, Chaotic oscillations in mechanical systems, Manchester: Manchester Univ.Press, 1991.21Stoker J J , Nonlinear vibrations in mechanical and electrical systems, New York: John Wiley Sons.Inc, 1992.22Meirovich L, Elements of vibration analysis, New York: McGraw-Hill, 1986.23Weaver W Jr, Timoshenko S, Young D H, Vibration problems in engineering, New York: John Wiley Sons.Inc, 1990. 参考文献1郑伟中，机床的振动及其防治M，北京：科学出版社，1981。2戴曙，金属切削机床设计M，北京：机械工业出版社，1985。3英M.M.萨迪克，机床动力学M，华中工学院机械工程研究所译，武汉：华中工学院，1980。4杨，唐恒龄，廖伯瑜，机床动力学M，北京：机械工业出版社， 1983。5黄长艺，严普强，机械工程测试技术基础M，北京：机械工业出版社，1984。6关颖男，施达德，试验设计方法入门，北京：冶金工业出版社，1985。7郑兆昌，机械振动(上册)、（中册）M，北京：机械机械工业出版社，1986。8英S.A.托贝斯，机床振动学M，天津大学机械制造系译，北京：机械工业出版社，1977。9英A.C.沃尔肖，机械振动与应用M，朱世杰，邱学章译校，北京：中国铁道出版社，1994。10黄永强，陈树勋，机械振动理论M，北京：机械工业出版社，1996。11季文美，方同，陈松淇，机械振动M，北京：科学出版社，1985。12丹J.T.勃劳希，机械振动和冲击测量M，沈小白，石沅，吴月明译，上海：同济大学出版社，1993。13刘先志，机械振动学导论M，济南：山东人民出版社，1962。14张维屏，机械振动学M，北京：冶金工业出版社，1983。15美S.M.凯利，机械振动M，贾启芬，刘习军译，北京：科学出版社，2002。16北京大学数学力学系，正交设计M，北京：人民教育出版社，1976。17刘延柱，陈文良，陈立群，振动力学M，北京:高等教育出版社，1998。18倪振华，振动力学M，西安：西安交通大学出版社，1989。19Kelly, S G.Fundamentals of Mechanical VibrationsM,New York: McGraw-Hill, 1993.20Kapitaniak T, Chaotic oscillations in mechanical systems, Manchester: Manchester Univ.Press, 1991.21Stoker J J , Nonlinear vibrations in mechanical and electrical systems, New York: John Wiley Sons.Inc, 1992.22Meirovich L, Elements of vibration analysis, New York: McGraw-Hill, 1986.23Weaver W Jr, Timoshenko S, Young D H, Vibration problems in engineering, New York: John Wiley Sons.Inc, 1990. 文献综述一、课题在国内外的研究状况及发展趋势 机床振动是不希望产生的。这是由于振动所产生的噪声可能刺激操作工人，引起疲倦，使其工作效率下降；并且它又可能使机床零件过早出现疲劳破坏，从而使零件的安全程度、可靠性和强度下降；机床的振动还会导致被加工工件的表面粗糙度和精度降低，刀具寿命和生产率下降。因此，必须了解机床振动的规律，并尽可能加以限制。随着生产技术的不断发展，对零部件加工质量要求的日益提高，防止和消除机床的振动已成为迫切需要解决的问题。当开动机床进行加工时，由于机床各运动部分彼此发生一定规律的相对运动，因而其摩擦表面上必然有摩擦作用着，机床回转部分不平衡等因素必将使回转系统受到离心力的作用，切削过程中刀具切入工件的金属层，将会使整个机床系统受到切削力作用，这些作用力并非保持常值，有的是周期性变化的；有的可能同系统某些元件的刚度轴线有一定的方位关系等，这些力在某些条件下会起一定的激振作用，从而使整个机床系统或其零部件发生各种类型的振动。 机床的加工质量主要是由静态精度和动态特性决定，在机床设计中往往已经确定其工作范围，在机床的使用中若在这个工作范围内达不到所需要的加工精度，往往都是由振动引起的，而静态精度则是可以通过调整机床达到的，动态性能在传统的机床设计方法中很难实现，而在现代设计方法中，即虚拟样机技术则可以通过物理仿真提前对机床性能进行了解。振动对加工的影响主要有：1、工件加工质量下降。2、产生大量噪音。3、加工效率下降。4、振动引起工艺系统承受动态交变载荷，对机床薄弱环节易产生破坏。 为了减小振动带来的种种危害，减小甚至消除振动是很有必要的。主要方法有：1、减少外界振动干扰。2、隔离振源。3、提高机床加工系统的抗振性、增大系统阻尼。4、使用减振器。5、调整振源频率，避免产生共振。 因为还仅限于普通机床研究、对高速或超高速机床的动态特性的研究还罕见报道。超高速机床具有高刚度、高抗振性，比传动机床动态性能高510倍，刚度高50%左右，通常不小于100N/0.001mm的数量级，所以有必要研究超高速机床的动态特性。确定机床结构的振动对加工精度的影响。找出机床的薄弱环节，并从机床结构的动态特性方面，提出一些抑制及改造措施。在超高速机床上进行不同工况条件下的动态特性实验，切削条件下的实验与上面的工艺实验同时进行，主轴转速为1700转/分、9000转/分。实验证明机床的动态性能和各项振动指标为各阶固有频率，各阶振型和阻尼，动刚度及幅频、相频特性。目前，对机床动态的研究主要有试验模态分析法和有限元法。今后的发展趋势是上述两种方法结合起来，利用试验模态分析结果检验补充和修正原始有限元动力学模型，利用修正后的有限元模型计算结构的动力特性的响应，进行结构的优化设计。首先分析各个零部件的结构（如床身、立柱、床头和工作台）在三维软件pro/E中建立CAD模型，分别导入Ansys分析软件中，作模态分析测出固有频率和振型。结合实际结果，找出薄弱零部件，并提出优化方案。仅分析个别零部件，无法全面反映机床整机的性能，因为各零件之间结合部对整机的动态性能影响很大，所以有必要做包括结合部在内的整机动力学分析。近几年已有北京理工大学、东南大学、上海交通大学等少数研究机构用有限元法分析整机动态性能，他们采用的研究方法各不相同，特别体现在结合部的处理上，精度有高有低，难度有易有难。他们尝试了一种新的方法，在pro/E中装配各种零部件的CAD模型，作为导入专门的前后处理软件Hypermesh中划分网格，再导入Ansys中分析，该方法全部在商品化软件平台上进行。它的优点：1、CAD模型从pro/E导入Hypermesh时，可以保证模型完全准确地导入，不需做任何修改。2、结合部直接采用软件中现有单元，可以方便地调整参数。 国外，机床结构的动力学修改和动态优化设计等方面的研究发展很快，普通采用有限元法对机床部件及整体进行动态特性分析，并已用于高速机床的开发和研究中。 西班牙的M、Zatarain用有限元法对立式铣床进行模态分析，采用Nastrain和T-deas两种商用软件，建立包括床身、立柱、头架及它们之间的滚动导轨结合部在内的整机模型，并进行了模态分析，可以通过几种方案的比较，选择其中较合理的结构。 韩国科学技术高级学院Jung Dang Suth和Dai HiuLee用有限元法分析高速机床的主轴外壳的阻尼特性，并用有限元法对高速铣床的滑动结构进行分析，得到一种新型的复合结构，不仅减轻质量，还提高了它的阻尼系数。二、机床振动的产生原因受迫振动是在外激振力扰动下所激发的振动。机床工作时虽在很多情况下会遇到受迫振动，但一般说来，受迫振动只有对精加工的机床，特别是磨床、精密镗床和精密车床等影响较大。至于其他机床，只有当外激振力的频率接近于机床系统或其某一主要部件的固有频率，即有可能发生谐振时，才是较为危险的。产生受迫振动的原因是多种多样的：1、由地基振动引起的机床振动。一般说来，由地基传给机床的振动，使机床的振动频率通常和地基振动的基波频率相同，但也可能以二次、三次谐波，即比基波频率高1倍、2倍的频率而谐振。2、高速回转的机床不平衡部件和工件所引起的振动。当机床的回转运动传动装置工作时，最强烈的受迫振动振源就是不平衡元件高速回转时所产生的激振力。3、机床传动机构的缺陷所引起的振动。制造不精确或安装不良的齿轮会产生周期性的力而传到机床的回转或移动部件上，并在一定条件下可能成为受迫振动的振源。传动链因链运动不均匀性所致的动载荷，约为静载荷的1.72倍。由于链的质量小于齿轮，故引起的受迫振动强烈度比齿轮传动要小些。4、切削过程的间断特性所引起的振动。在许多情况下，加工方法本身导致切削力的周期性变化，这种变化是由于刀齿间断地依次工作而引起的。属于这种振动的有铣刀和拉刀的工作，以及周边磨钝不匀的砂轮的工作等。5、往复运动的机床部件的惯性力所引起的振动。具有往复运动（移动或摆动）部件的机床中最强烈的振源就是部件改变运动方向时所产生的惯性力。形状不同的脉冲的各种频率成分，甚至当它的大小和持续时间相同时，仍然使支承件系统有不同的振动强度。在机床移动部件的运动速度很低的情况下，由于运动速度的微小变化（不均匀）致使部件时而停顿、时而跳跃式地移动，这种现象常称之为“低速爬行”。为了保证移动部件运动的平稳性，对导轨和传动机构的要求是：1、导轨应具有良好的摩擦特性，即其摩擦系数及静、动摩擦系数之差均应较小；2、传动机构的刚性要高。金属切削时产生自激振动的原因，自激振动的产生须通过两个过程：1、内激振力使系统产生振动；2、系统的振动引起内激振力。前者与机床本身结构有关；后者则与切削过程有关。为此，近三十年来各国在机床颤振方面的研究工作集中于切削过程的动态稳定性和机床结构本身的动态特性这两个方面。对于因切削过程的不稳定性引起颤振的问题，目前有两种论点比较成熟。其一认为切削过程中由于存在负阻尼特性而引起初生颤振；其二认为前一次走刀在工作表面产生的振纹，将使第二次走刀的切削深度发生周期性变化，从而产生交变力而加强颤振，这就是通称的“再生颤振原理”。至于从机床结构本身特性来解释机床颤振的成因，起先则有“振型耦合原理”。现在则更进一步，把机床系统和切削过程联系起来，作为一个闭环系统来研究，并运用自动调节原理中的稳定性判据来确定系统得稳定性极限。三、机床的减振在机床上也象所有的机器一样，可能发生三种类型的振动： 第一、自由振动，通常由通过地基传来的冲击所引起，有时也由于往复运动质量的快速换向而产生，如磨床的情况。第二、强迫振动，由机床中周期性的冲击或者不平衡的旋转质量所产生，但也可能是从外界通过地基传来的。第三、自激振动，由机床自身产生，通常是由于切削过程的动态不稳定而引起，或者由导轨上运动部件的动态不稳定（爬行）、或伺服机构的动态不稳定等原因所引起。自由振动和强迫振动虽然有时也很讨厌，但是对它们已经有了充分的认识。为了抑制这类振动，可以采用已在其他工程领域中发展起来的标准方法。例如通过地基传来的振动，无论是引起自由振动还是产生强迫振动都可以采用振动或冲击的隔离装置来消除。隔离装置首先应用在产生扰动的机器中，但如有必要，也可以用在机床中，以便把它与环境隔离开来。由冲击而引起的自由振动，可以采用消除往复运动质量的惯性载荷、加强系统刚性和增加阻尼的办法来避免。强迫振动的效应通常因共振而扩大，因此可以采用“失谐”的办法使之减到最小。如果振动是由于不平衡的旋转质量所引起，那么使之平衡就可达到所希望的效果。最后，振动阻尼器的应用也可以获得良好的效果。对于自由振动和强迫振动可以采用现有的富有成效的办法来解决，但是对于自激振动，尤其对于金属切削过程的动态不稳定所引起的自激振动，即众所周知的“机床颤振”，则不能那样处理。而这种类型的振动对于加工表面光洁度和刀具寿命都不利，以致常常只能以降低金属切除率，也就是降低生产率的办法来消除。改变刀具系统对于结构振动的主振方向的相对方位、采用附加的阻尼或刚性、采用被动与主动阻尼器。增加机床的阻尼或刚性也减小了发生自由振动和强迫振动的可能性。所以解决了自激振动