機械加工過程中的振動會惡化加工表面質量，損壞切削刀具，降低生產率。本文著重介紹振動的兩種類型，振動產生的原因及消除方法。
前言
振動是在機械加工過程中，因機床工件或刀具發生周期性的跳動。加工過程中如發生振動，會使工件已加工表面上出現條痕或布紋狀痕迹，使表面光潔度顯著下降，還會使機床、夾具中的連接零件鬆動，縮短機床使用壽命，影響工件在夾具中的正確定位。此外，由於振動，勢必降低切削速度，損壞切削工具，降低生產率，造成雜訊污染。
1 機械加工振動的表現和特點
振動分強迫振動和自激振動兩種類型。具體表現和特點如下。
1.1 強迫振動 強迫振動是物體受到一個周期變化的外力作用而產生的振動。如在磨削過程中，由於電動機、高速旋轉的砂輪及皮帶輪等不平衡，三角皮帶的厚薄或長短不一致，油泵工作不平穩等，都會引起機床的強迫振動，它將激起機床各部件之間的相對振動幅值，影響機床加工工件的精度，如粗糙度和圓度。對於刀具或做迴轉運動的機床，振動還會影響迴轉精度。
強迫振動的特點是：①強迫振動本身不能改變干擾力，干擾力一般與切削過程無關（除由切削過程本身所引起的強迫振動外）。干擾力消除，振動停止。如外界振源產生的干擾力，只要振源消除，導致振動的干擾力自然就不存在了。②強迫振動的頻率與外界周期干擾力的頻率相同，或是它的整倍數。③干擾力的頻率與系統的固有頻率的比值等於或接近與1時，產生共振，振幅達到最大值。此時對機床加工過程的影響最大。④強迫振動的振幅與干擾力，系統的剛度及阻尼大小有關。干擾力越大、剛度及阻尼越小，則振幅越大，對機床的加工過程影響也就越大。
1.2 自激振動（顫振） 由振動系統本身在振動過程中激發產生的交變力所引起的不衰減的振動，就是自激振動。即使不受到任何外界周期性干擾力的作用，振動也會發生。如在磨削過程中砂輪對工件產生的摩擦會引起自激振動。工件、機床系統剛性差，或砂輪特性選擇不當，都會使摩擦力加大，從而使自激振動加劇。或由於刀具剛性差、刀具幾何角度不正確引起的振動，都屬於自激振動。
自激振動的特點是：①自激振動的頻率等於或接近系統的固有頻率。按頻率的高低可分為高頻顫振（一般頻率在500～5000Hz）及低頻顫振（一般頻率為50～500Hz）。②自激振動能否產生及其振幅的大小，決定於每一振動內系統所獲得的能量與阻尼消耗能量的對比情況。③由於持續自激振動的干擾力是由振動過程本身激發的，故振動中止，干擾力及能量補充過程立即消失。
2 振動產生的原因分析
產生振動的原因複雜多變，根據機加工行業出現的振動現象及兩種不同類型振動的表現形式，分析原因，大致如下：
2.1 強迫振動產生的原因：①機床上迴轉件不平衡所引起的周期性變化的離心力。如由於電機或卡盤、皮帶輪迴轉不平衡引起的。②機床傳動零件缺陷所引起的周期性變化的傳動力。如因刀架、主軸軸承、拖板塞鐵等機床部件鬆動或齒輪、軸承等傳動零件的製作誤差而引起的周期性振動。③切削過程本身不均勻性所引起的周期性變化的切削力。如車削多邊形或表面不平的工件及在車床上加工外形不規則的毛坯工件。④往複運動部件運動方向改變時產生的慣性衝擊。如平面磨削過程的方向改變或瞬時改變機床的迴轉方向。⑤由外界其他振源傳來的干擾力。在鍛造車間附近，因空氣錘的振動引起其他機床的強迫振動，甚至共振。
2.2 自激振動產生的原因:①切削過程中，切屑與刀具、刀具與工件之間摩擦力的變化。②切削層金屬內部的硬度不均勻。在車削補焊后的外圓或端面而出現的硬度不均現象，常常引起刀具崩刀及車床自振現象。③刀具的安裝剛性差，如刀桿尺寸太小或伸出過長，會引起刀桿顫動。④工件剛性差。如加工細長軸等剛性較差工件，會導致工件表面出現波紋或錐度。⑤積屑瘤的時生時滅，時切削過程中刀具前角及切削層橫截面積不時改變。⑥切削量不合適引起的振動，切削寬而薄的切削易振動。
3 防止和消除振動的方法
3.1 消減強迫振動的措施:①對高速迴轉（600r/min以上）的零件進行平衡（靜平衡和動平衡）或設置自動平衡裝置。或採用減振裝置。②調整軸承及鑲條等處的間隙，改變系統的固有頻率，使其偏離激振頻率；調整運動參數，使可能引起強迫振動的振源頻率，遠離機床加工薄弱模態的固有頻率。③提高傳動裝置的穩定性，如在車床或磨床上採用少接頭、無接頭皮帶，傳動皮帶應選擇長短一致。用斜齒輪代替直齒輪，在主軸上安裝飛輪等。④在精密磨床上用葉片泵代替齒輪泵，在液壓系統中採用緩衝裝置等以消除運動衝擊。⑤將高精度機床的動力源與機床本體分置在兩個基礎上以實現隔振。常用的隔振材料及隔振器有橡膠隔振器、泡沫橡膠、毛粘等。⑥適當選擇砂輪的硬度、粒度和組織，適當休整砂輪，減輕砂輪堵塞，減少磨削力的波動。⑦按均勻銑削條件適當選擇銑刀直徑，齒數和螺旋角；增加銑刀齒數；以順銑代替逆銑；採用等距刀齒結構，破壞干擾力的周期性。⑨刮研接觸面，提高接觸剛度；採用跟刀架、中心架等增強工藝系統剛度。選擇較好的砂輪架導軌形式⑨採用粘結結構的基礎件及薄壁封砂結構的床身等，增加阻尼，提高抗振能力。⑩隔離外來振動的影響，採取隔振措施，如在磨床砂輪電動機底座和墊板之間墊上具有彈性的木版或硬膠皮等。
3.2 消減自激振動的措施：①調整振動系統小剛度主軸的位置，使其處於切削力F與加工表面的法線方向的夾角範圍之外，如鏜孔時採用削扁鏜桿，車外圓時，車刀反裝。②通過改變切削用量和刀具幾何形狀，減小重疊係數，如採用直角偏刀車外圓。③減小切削速度，增大進給、主偏角、前角；④適當提高切削速度；改善被加工材料的可加工性。⑤增加切削阻尼；適當減小刀具的后角；在後刀面上磨出消振棱；適當增大鑽頭的橫刃；適當使刀尖高於（車外圓）、低於（樘內孔）工件中心線，以獲得小的工作后角。為消減刀具的高頻振動，宜增大刀具的后角和前角。⑥調整切削速度，避開臨界切削速度。在切斷、車端面或使用寬刃刀具、成形刀具和螺紋刀具時，宜取切削速度小於臨界切削速度。縱車和切環形工件端面時，切削速度大於臨界切削速度等。⑦提高工藝系統剛度，可提高抗振性。車刀安裝時不宜伸出過長，鏜刀儘可能選得短而粗；盡量縮短尾座套筒的伸出長度；加工細長軸時，採用中心架或跟刀架，或用主偏角很大的細長軸車刀來消除振動。⑧儘可能不採用容易產生積屑瘤的切削速度。⑨採用合適的切削用量。可採用減少切削寬度，同時增加切削厚度。
4 結束語
機械加工過程產生的振動非常複雜，是需要日常的不斷分析和總結，根據不同情況分析原因，採取措施加以消除和控制，以保證加工工件的質量要求，提高生產率，創造良好工作環境。
