浅议机床振动的原因及控制技术

储开滚

(江苏省高淳中等专业学校，江苏 高淳 211300)

机床工作过程中的振动是一种极为有害的现象，它会大大降低工件加工表面质量;加速、刀具和机床零件的磨损，严重时造成切削工作不能正常进行。因此应尽量减小切削过程中产生的振动。机床振动会使得切削加工过程中，工件和切削刀具间产生一定量的相对位移，致使刀具与工件之间的正常运动轨迹发生变化。机床的轻微振动会致使工件表面质量下降，产生表面振纹，工件粗糙度增加，机床的工作效率大为降低。而强烈振动甚至会导致机床产生崩刃，使切削加工无法进行。总之由于振动，会产生如:机床加工效率降低;机床和刀具的使用寿命缩短;使机床各摩擦副加剧磨损，并将使刀具耐用度下降，特别是对于硬质合金、陶瓷等脆性刀具材料尤为显着;振动产生的噪音影响操作者身心健康，污染工作环境。因此在机械加工中，机床振动的防治成为了一个重要的课题。

1 振源

探明振源，并加以排除或限制，是控制机床振动的有效途径。振源分机内振源和机外振源两种。前者来自机床内部的;后者来自机床外部的。机床振动可细分为自由振动、强迫振动和自激振动。其中自由振动是由切削载荷的突然加载或撤销以及其它外力冲击引起的，可快速衰减，对机床加工过程影响非常小，只占到机床振动的3%－5%，可忽略不计。

1.1 强迫振动

系统在外界激振力作用下产生的振动叫强迫振动。它会影响机床部件间的相对振动幅度，影响机床的加工精度，如工件的粗糙度和圆度。强迫振动还会影响刀具回转类机床的回转精度。

振源分析:①电机转子不平衡。②地脚螺栓松动和机床垫铁虚实不一。③齿轮咬合不良和齿廓有毛刺。④皮带轮振摆过大。⑤机床上各电动机的振动，包括电动机转子旋转不平衡及电磁力不平衡引起的振动。⑥各电动机的振动。⑦旋转零件、部件的不平衡。⑧运动传递过程中引起的振动，如变速操纵机机构中的齿轮啮合时的冲击力引起的振动。⑨往复运动部件换向时的机械冲击，液压传动系统的液压冲击。⑩由于工件材质不均匀、毛坯件局部存在气孔、砂眼、疏松等铸造缺陷，余量不均匀，切削时铸件软硬不均匀，刀具磨损等原因造成切削力变化而引起的振动等。

1.2 自激振动

没有外界激振力而是由系统内部激发与反馈的相互作用而产生稳定的周期性振动称为自激振动。引起自激振动的振源主要有以下几种:切削量过大、主切削力的方向、刀具的几何角度的选择不当等。在机床上发生的自激振动情况是比较常见的。例如:主轴回转类机床主轴的扭转、机床床身以及立柱等支撑件的弯曲产生的自激振动;还有工作台等移动部件在低速运行时所发生的摩擦引起自激振动等。

2 振动控制

2.1 机外振源的控制

应减少外振源对机床振动的影响。采取的措施如:(1)合理选择机床的安装场地，将振源与机床隔离。如:空压机、锻压设备等。(2)对于精密机床的基础应采用防震的结构型式，设置隔振装置。将振源所产生的振动经隔振装置部分吸收，减少振源对切削加工的干扰。挖防振沟，将机床安置在防振地基上，设置弹簧或橡皮垫等缓冲装置减少振动。利用具有一定弹性的物质安置在机床基础的适当部位来缓和、吸收外振源的振动。如采用:隔振、减振，降噪效果良好的机床防振垫铁和开挖必要的防振沟。

2.2 机内振源的控制

当振动发生以后，减小激发振动时的激振力，即减小受迫振动时的外激振力，或自激振动式的内激振力，往往是必须采取的消振措施。

2.2.1 强迫振动的控制

提高轴承装配精度以及机床传动装置的制造精度，提高工艺系统的刚度及阻尼，采用减振器和阻尼器均能有效避免共振现象发生。如:①精确平衡回转零部件，平衡项目包括静平衡和动平衡，平衡对象包括:电机转子、皮带轮、卡盘和刀盘等。对于转速在600转/min以上的零件必须予以平衡。②提高变速机构中变速齿轮的制造精度和啮合精度。③提高机床系统刚度，亦可减少振动。④提高皮带传动、齿轮传动等传动装置的稳定性。⑥改善联轴节相连的各轴的轴心线间的不同心度，从高速轴和主轴上去除带动油泵的凸轮。⑦如果不是标准的轴类零件，夹具配重很关键，如果不能保证主轴(夹具)的动平衡，再好的机床也会有振动。⑧机床在快速移动时震动或冲击，原因是伺服电机内的检测接触不良。⑨机床以低速运行时，机床工作台是蠕动着向前运动;机床要以高速运行时，就出现振动。⑩由于机床地脚螺栓松动，安装不正确产生。对策:应该使机床安装应精确，牢固可靠。

2.2.2 自激振动的控制

合理选择与切削有关的系数、刀具的几何参数;合理安排刀尖高低、润滑均有助于控制自激振动。提高工艺系统的抗振性需要注意有以下几点:①查看活顶尖是不是伸出过长，轴承是不是良好，注意中心孔的润滑。②尾架顶夹紧情况，夹紧条件下是否与机床主轴同轴。③检查中小拖板安装情况。④检查三爪卡盘螺旋槽是否损坏。⑤减轻造成振动的部份的工作重量，惯性越小越好。⑥针对振动最大的地方予以固定或夹持，如中心架、工作保持器等。⑦提高加工系统的刚性，例如使用弹性系数较高的刀柄或使用加入动态减振器的特殊抗震力，以吸收冲击能量。⑧主偏角和副偏角角度尽可能大些。尤其是前角，对振动的影响最大，前角愈大，切削愈平稳，振动则越小。生产中通常采用正前角。

3 结语

随着对零件生产制造精度、效率和质量的不断提高，使得新式机床制造要求的不断提高，而解决机床振动的存在的问题成为研发和生产机床的亟需解决的问题，研究机床振动就是为了弄清机床产生的原因，为生产性能更佳的机床服务。