机械加工中振动特点及振动控制技术

1、机械加工中振动特点及振动控制技术摘要：机械加工中振动会使加工表面质量下降，影响加工精度和效率。本文介绍机械加工中 振动的主要两种类型，强迫振动和自己振动，分析产生两种振动的原因。根据实际给出几种 预防振动的措施。并简要介绍了在科学研究和工程实际中用到的主要振动控制技术中的主动 隔振技术。关键词：振动主动控制技术主动隔振技术在机械加工中，振动对加工表面和加工品质有很大影响，是一种有害的物理 现象。如果在加工中产生振动，刀具与工件z间将会产生相对位移，是工件表而 产生振纹，降低了零件的表面加工质量和加工精度；振动可能是刀具崩碎，特别 是駛质合金、金刚石、陶瓷和立方氮化硼等韧性差的刀具，影响刀具寿命

2、；会使 机床、夹具零件连接松动，增大间隙，降低刚度和精度，缩短机床的使用寿命; 振动会限制切削用量的进一步提高，影响了切削效率。1机械加工中振动的分类1.1强迫振动强迫振动是指在外部周期性的干扰下，系统受迫产生的振动。出于冇持续性 干扰存在，振动不会因为系统阻尼而停止，只要干扰存在就会一直持续下去。振 动的频率为等于外界周期性干扰的频率或它的整数倍。1.2自激振动口激振动是由系统本身在振动过程中激发产生的交变力所引起的不衰减振 动。即使没冇外界的干扰，振动也会产生。如在磨削过程中，砂轮对工件产生的 摩擦力会使工件产生口己振动。机床系统刚度羌、砂轮选择不当都会使摩擦力加 大，从而使自激振动加剧。

3、或者由于刀具刚性差，刀具几何角度不正确引起的振 动都叫做自激振动。2 振动产生的原因2.1强迫振动产生的原因(1) .机床上回转件的不平衡所引起的周期性的离心变化力。如由丁电机回转 不平衡。(2) .机床传动零件缺陷所引起的周期性变化的传动力。如由于主轴轴承等机 床部件或齿轮等传动部件制作误差而引起的周期性振动。(3) .切削过程本身的不均匀性引起的周期性变化的切削力。如在车削多边形 或表面不平整的工件是产生的振动。(4) .由外界其它振源传来的干扰力。如其它及其的振动引起的振动，甚至是 共振。2.2自激振动产生的原因(1) .切削过程中，切屑与刀具、刀具与工件之间摩擦力的变化。(2) .切削

4、层金屈内部硬度不均匀。刀貝的安装刚性差，若刀杆尺寸太小或身处太长，会引起刀杆颤动。(4).切屑瘤时冇时无，引起刀具实际工作角度发生变化。3. 振动预防措施3.1控制强迫振动的途径强迫振动是由于外界周期性干扰力引起的，因此消除强迫振动，需要先找出 振源，然后采取合适的措施加以控制。.减小或消除振源的激振力。对转速在600r/min以上的零件，如砂轮、卡 盘、电机等必须经过平衡，特别是转速特别高的零件，更要进行精确的平衡。提 高齿轮的加工精度和安装精度，捉高工作的平稳性，减少周期性冲击引起的振动; 提高滚动轴承的制造和装配精度，减少因轴承的缺陷而引起的振动。(2) .调整振源频率。避免激振力的频率

5、与系统的固冇频率接近，防止共振。 采取改变电动机的转速或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。(3) .采取隔振措施。机床的电机与机床本身采用柔性连接器来隔离电机的振 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、木材将机床地基格力，防止周围的振源通过地面和基础传给机床等。3. 2控制自激振动的途径(1) .合理选用刀具的几何参数。实验和理论研究表明，刀具的几何参数中， 对振动影响最大的是主偏角和前角。选择合理的主偏角可以减少振动。(2) 提高工艺系统抗振性。工艺系统本身的抗振性

6、能是影响颤振的主要因素 z-o应设法捉高工艺系统的接触刚度。(3) .采用减振装置。减振装置通常都是附加在工艺系统中，用來吸收或消耗 振动时的能量，达到减振的目的。它对一致强迫振动和颤振同样冇效，是捉高工 艺系统抗振性的一个重要途径。4. 振动主动控制与主动隔振振动被动控制是传统的振动控制方法，通常由弹簧和阻尼构成，由丁被动 控制装置存在系统特征值为定值等缺点，所以被动控制方法已经越來越不适应高 精度、快响应的振动控制要求。随着计算机和控制技术的飞速发展，以及振动理 论和控制理论的交叉渗透，振动主动控制技术作为一门跨学科的力学分支开始在 工程领威得到应用。主动控制技术具冇快速性、稳定性和智能性

7、等特点。主动隔振技术屈于振动控制技术的分支z，它的原理也是在受控系统和振 源之间插入原件來削弱振源对受控系统的影响，只不过它所依赖的隔振元件不再 是弹簧和阻尼，而是主动驱动器。主动驱动器可以按照设计者的要求，不同的驱 动器具有不同的特点，共同点是在控制系统的作用下，能产生较被动隔振元件变 现力的变化规律复杂得多的控制力，其适应性和可调节性大大超过了被动隔振系 统。因此主动隔振技术是当前研究的热点，是极具发展潜力的隔振技术。目前，国内外对主动隔振技术的研究主要有一下几个方面：4.1主动隔振技术中驱动器与传感器的研究作为振动主动控制系统的主要组成部分，驱动器的作用是将控制器输出的非 电量等非机械量

8、转变为位移、力等机械量，以实现对控制对象的驱动。口前用于 主动隔振技术的駅动器主要有：气动与液压駆动器、电磁式欤动器、压电式张动 器以及超磁致仲缩驱动器等。作为主动控制隔振系统中的重要元件，振动传感器经常采用惯性式传感器， 其原理是利用弹簧质量系统的强迫振动特性來进行振动测量，其作用是将隔振对 象的振动量（位移、速度、加速度）转化为非机械量，最终通过a/d转换成计算机 可以读取的数字量。常用的传感器一般有加速度传感器、速度传感器和位移传感 器。4.2主动隔振技术中控制策略的研究控制器是主动控制屮的一个重要研究内容，采用不同的控制策略来设计控制 器，在一定程度上决定了在不同的环境条件以及耍求糟度

9、下所达到的对控制对象 的控制效果。目询主动隔振系统中的控制器的设计测量主要有ptd控制方法、独 立模态空间法、极点配置法、最优控制法、自适应控制法、模糊控制法和智能控 制方法。4. 3主动隔振技术中功率流传递特性的研究目前许多研究文献屮论述隔振指标时，英思路是通过选择恰当的隔振器是 的传递到基础的振动力减小至最小，以达到隔振目的。但是这种指标并不理想， 对于某-具体结构而言，振动的大小主要取决于输入能量的大小，减小传递率并 不意味着一定能减少结构振动。振动的传递从根本上讲是能量的传递，所以隔振 的目的应该是传递到隔振对象的能量最小。振动功率流理论力求从振动能量传递 的观点描述机器-隔振器-基础

10、z间的动力传递关系，为系统的结构振动控制提供 了新的思路。振动功率流分析方法兼顾了传递到结构上的动态力，及因此引起的 结构的动态响应，重要的是这种方法还包含了力和响应两者之间的相位关系，因 而比传统的力和运动传递率更适合来对隔振系统隔振性能进行评价。总结机械加工屮会产生振动，会影响到加工进度，如果不对振动加以控制， 会严重影响工件加工质量和加工效率。本文论述了在机械加工中存在的振动主要 类型，根据振动产生的原因采取一定的措施来减小振动。在一些要求精度很高的 一些设备中，需要对振动进行严格控制，传统的一些减振方法已经不太实用。主 动控制技术是当前控制振动一种主流方法，较之被动控制具有很多优点。主动隔 振是主动控制技术中的一个分支，当前国内外对这项技术研究的主要方面是对控 制器、传感器的研究，对控制中功率流传递特性的研究，对控制中使用的控制策 略的研究。参考文献1 万新通.机械加工过程中的振动特点和预防措施分析.科技信息