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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，刀具与工件之间将会产生相对位移，是工件表面产生振纹，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，特别是硬质合金、金刚石、陶瓷和立方氮化硼等韧性差的刀具，影响刀具寿命；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。由于有持续性干扰存在，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 自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。即使没有外界的干扰，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自己振动。机床系统刚度差、砂轮选择不当都会使摩擦力加大，从而使自激振动加剧。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。如由于电机回转不平衡。 (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).切削层金属内部硬度不均匀。 (3).刀具的安装刚性差，若刀杆尺寸太小或身处太长，会引起刀杆颤动。 (4).切屑瘤时有时无，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。 (1).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，提高工作的平稳性，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。避免激振力的频率与系统的固有频率接近，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能是影响颤振的主要因素之一。应设法提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，用来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有效，是提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，由于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来越不适应高精度、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域得到应用。主动控制技术具有快速性、稳定性和智能性等特点。 主动隔振技术属于振动控制技术的分支之一，它的原理也是在受控系统和振源之间插入原件来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