第五节 机械加工过程中的振动
机械加工过程中产生的振动，是一种十
分有害的现象，这是因为：
1）刀具相对于工件振动会使加工表面
产生波纹，这将严重影响零件的使用性能。
2）刀具相对于工件振动，切削截面、
切削角度等将随之发生周期性变化，工艺系
统将承受动态载荷的作用，刀具易于磨损
（有时甚至崩刃），机床的连接特性会受到
破坏，严重时甚至使切削加工无法进行。
3）为了避免发生振动或减小振动，有
时不得不降低切削用量，致使机床、刀具的
工作性能得不到充分发挥，限制了生产效率
的提高。
综上分析可知，机械加工中的振动对于
加工质量和生产效率都有很大影响，须采取
措施控制振动。
一、机械加工过程中的强迫振动
强迫振动,机械加工过程中的强迫振动
是指在外界周期性于扰力的持续作用下，振
动系统受迫产生的振动 。
机械加工过程中的强迫振动与一般机械
振动中的强迫振动没有本质上的区别。机械
加工过程中的强迫振动的频率与干扰力的频
率相同或是其整数倍；当干扰力的频率接近
或等于工艺系统某一薄弱环节固有频率时，
系统将产生共振。
强迫振动的振源有来自于机床内部的机
内振源和来自机床外部的机外振源。机外振
源甚多，但它们都是通过地基传给机床的，
可以通过加设隔振地基来隔离外部振源，消
除其影响。机内振源主要有：机床上的带轮、
卡盘或砂轮等高速回转零件因旋转不平衡引
起的振动；机床传动机构的缺陷引起的振动；
液压传动系统压力脉动引起的振动；由于断
续切削引起的振动等。
如果确认机械加工过程中发生的是强迫
振动，就要设法查找振源，以便消除振源或
减小振源对加工过程的影响。
二、机械加工过程中的自激振动（颤振）
1．机械加工过程中的自激振动
与强迫振动相比，自激振动具有以下特
征：
l）机械加工中的自激振动是指在没有
周期性外力（相对于切削过程而言）干扰下
产生的振动运动。
2）自激振动的频率接近于系统某一薄
弱振型的固有频率。
图
三、自激振动的激振机理
1．振纹再生原理
在刀具进行切削的过程中，若受到一个瞬
时的偶然扰动力的作用，刀具与工件便会产生
相对振动（属自由振动），振动的幅值将因系
统阻尼的存在而逐渐衰减。但该振动会在已加
工表面上留下一段振纹。当工件转过一转后，
刀具便会在留有振纹的表面上进行切削，切削
厚度时大时小，这就有动态切削力产生。如果
机床加工系统满足产生自激振动的条件，振动
便会进一步发展到持续的振动状态。
再生型切削颤振,这种由于切削厚度变化效
应（简称再生效应）而引起的自激振动称为再
生型切削颤振。
图 4-49 再生型颤振的产生过程
切削过程一般都是部分地或完全地在有
振纹（波纹）的表面上进行的，车削、铣削、
刨削、钻削、磨削等均不例外，由振纹再生
效应引发的再生型切削颤振是机床切削的主
要形态。
产生再生型颤振的条件，一般说，本转
（次）切削的振纹与前转（次）切削的振纹
总不会完全同步，它们在相位上有一个差值。
设本转（次）切削的振动运动为：
则上转 (次 )切削的振动运动为
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式中 Ｔ－工件转一转的时间；
－振动源频率；
－本转（次）切削的振动振幅；
－上转（次）切削的振动幅值。
2．振型耦合原理
实际振动系统一般都是多自由度系统。
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nA
1?nA
四、控制机械加工振动的途径
（一）消除或减弱产生振动的条件
1．消除或减弱产生强迫振动的条件
（ 1）消除或减小内部振源 机床上的高
速回转零件必须满足动平衡要求；提高传动
元件及传动装置的制造精度和装配精度，保
证传动平稳；使动力源与机床本体分离。
（ 2）调整振源的频率 通过改变传动比，
使可能引起强迫振动的振源频率远离机机床加
工系统薄弱环节的固有频率，避免产生共振。
（ 3）采取隔振措施 使振源产生的部分振
动被隔振装置所隔离或吸收。隔振方法有两种，
一种是主动隔振，阻止机内振源通过地基外传；
另一种是被动隔振，阻止机外干扰力通过地基
传给机床。常用的隔振材料有橡皮、金属弹簧、
空气弹簧、矿渣棉、木屑等。
2．消除或减弱产生自激振动的条件
（ 1）减小重叠系数 再生型颤振是由于
在有波纹的表面上进行切削引起的，如果本
转（次）切削不与前转（次）切削振纹相重
叠，就不会有再生型颤振发生。重叠系数越
小，就越不容易产生再生型颤振。重叠系数
值大小取决于加工方式、刀具的几何形状及
切削用量等。适当增大刀具的主偏角和进给
量，均可使重叠系数减小。
重叠系数,图
（ 2）减小切削刚度 减小切削刚度可以
减小切削力，可以降低切削厚度变化效应
（再生效应）和振型耦合效应的作用。改善
工件材料的可加工性、增大前角、增大主偏
角和适当提高进给量等，均可使切削刚度下
降。
（ 3）合理布置振动系统小刚度主轴的位
置。
（二）改善工艺系统的动态特性
1．提高工艺系统刚度
提高工艺系统薄弱环节的刚度，可以有
效地提高机床加工系统的稳定性。提高各结
合面的接触刚度，对主轴支承施加预载荷，
对刚性较差的工件增加辅助支承等都可以提
高工艺系统的刚度。
2．增大工艺系统的阻尼
增大工艺系统中的阻尼，可通过多种方
法实现。例如，使用高内阻材料制造零件，
增加运动件的相对摩擦，在床身、立柱的封
闭内腔中充填型砂，在主振方向安装阻振器
等。
（三）采用减振装置
常用的减振装置有动力式减振器、摩擦
式减振器和冲击式减振器等三种类型。
习题：
4-8,4-9,4-10,4-11,4-12,4-13、
4-15,4-16,4-17,4-24,4-25。
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机械加工过程中产生的振动，是一种十
分有害的现象，这是因为：
1）刀具相对于工件振动会使加工表面
产生波纹，这将严重影响零件的使用性能。
2）刀具相对于工件振动，切削截面、
切削角度等将随之发生周期性变化，工艺系
统将承受动态载荷的作用，刀具易于磨损
（有时甚至崩刃），机床的连接特性会受到
破坏，严重时甚至使切削加工无法进行。
3）为了避免发生振动或减小振动，有
时不得不降低切削用量，致使机床、刀具的
工作性能得不到充分发挥，限制了生产效率
的提高。
综上分析可知，机械加工中的振动对于
加工质量和生产效率都有很大影响，须采取
措施控制振动。
一、机械加工过程中的强迫振动
强迫振动,机械加工过程中的强迫振动
是指在外界周期性于扰力的持续作用下，振
动系统受迫产生的振动 。
机械加工过程中的强迫振动与一般机械
振动中的强迫振动没有本质上的区别。机械
加工过程中的强迫振动的频率与干扰力的频
率相同或是其整数倍；当干扰力的频率接近
或等于工艺系统某一薄弱环节固有频率时，
系统将产生共振。
强迫振动的振源有来自于机床内部的机
内振源和来自机床外部的机外振源。机外振
源甚多，但它们都是通过地基传给机床的，
可以通过加设隔振地基来隔离外部振源，消
除其影响。机内振源主要有：机床上的带轮、
卡盘或砂轮等高速回转零件因旋转不平衡引
起的振动；机床传动机构的缺陷引起的振动；
液压传动系统压力脉动引起的振动；由于断
续切削引起的振动等。
如果确认机械加工过程中发生的是强迫
振动，就要设法查找振源，以便消除振源或
减小振源对加工过程的影响。
二、机械加工过程中的自激振动（颤振）
1．机械加工过程中的自激振动
与强迫振动相比，自激振动具有以下特
征：
l）机械加工中的自激振动是指在没有
周期性外力（相对于切削过程而言）干扰下
产生的振动运动。
2）自激振动的频率接近于系统某一薄
弱振型的固有频率。
图
三、自激振动的激振机理
1．振纹再生原理
在刀具进行切削的过程中，若受到一个瞬
时的偶然扰动力的作用，刀具与工件便会产生
相对振动（属自由振动），振动的幅值将因系
统阻尼的存在而逐渐衰减。但该振动会在已加
工表面上留下一段振纹。当工件转过一转后，
刀具便会在留有振纹的表面上进行切削，切削
厚度时大时小，这就有动态切削力产生。如果
机床加工系统满足产生自激振动的条件，振动
便会进一步发展到持续的振动状态。
再生型切削颤振,这种由于切削厚度变化效
应（简称再生效应）而引起的自激振动称为再
生型切削颤振。
图 4-49 再生型颤振的产生过程
切削过程一般都是部分地或完全地在有
振纹（波纹）的表面上进行的，车削、铣削、
刨削、钻削、磨削等均不例外，由振纹再生
效应引发的再生型切削颤振是机床切削的主
要形态。
产生再生型颤振的条件，一般说，本转
（次）切削的振纹与前转（次）切削的振纹
总不会完全同步，它们在相位上有一个差值。
设本转（次）切削的振动运动为：
则上转 (次 )切削的振动运动为
? ? ? ??? ??? ? tATty n c o s1
? ? tc o sAty n ??
式中 Ｔ－工件转一转的时间；
－振动源频率；
－本转（次）切削的振动振幅；
－上转（次）切削的振动幅值。
2．振型耦合原理
实际振动系统一般都是多自由度系统。
?
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四、控制机械加工振动的途径
（一）消除或减弱产生振动的条件
1．消除或减弱产生强迫振动的条件
（ 1）消除或减小内部振源 机床上的高
速回转零件必须满足动平衡要求；提高传动
元件及传动装置的制造精度和装配精度，保
证传动平稳；使动力源与机床本体分离。
（ 2）调整振源的频率 通过改变传动比，
使可能引起强迫振动的振源频率远离机机床加
工系统薄弱环节的固有频率，避免产生共振。
（ 3）采取隔振措施 使振源产生的部分振
动被隔振装置所隔离或吸收。隔振方法有两种，
一种是主动隔振，阻止机内振源通过地基外传；
另一种是被动隔振，阻止机外干扰力通过地基
传给机床。常用的隔振材料有橡皮、金属弹簧、
空气弹簧、矿渣棉、木屑等。
2．消除或减弱产生自激振动的条件
（ 1）减小重叠系数 再生型颤振是由于
在有波纹的表面上进行切削引起的，如果本
转（次）切削不与前转（次）切削振纹相重
叠，就不会有再生型颤振发生。重叠系数越
小，就越不容易产生再生型颤振。重叠系数
值大小取决于加工方式、刀具的几何形状及
切削用量等。适当增大刀具的主偏角和进给
量，均可使重叠系数减小。
重叠系数,图
（ 2）减小切削刚度 减小切削刚度可以
减小切削力，可以降低切削厚度变化效应
（再生效应）和振型耦合效应的作用。改善
工件材料的可加工性、增大前角、增大主偏
角和适当提高进给量等，均可使切削刚度下
降。
（ 3）合理布置振动系统小刚度主轴的位
置。
（二）改善工艺系统的动态特性
1．提高工艺系统刚度
提高工艺系统薄弱环节的刚度，可以有
效地提高机床加工系统的稳定性。提高各结
合面的接触刚度，对主轴支承施加预载荷，
对刚性较差的工件增加辅助支承等都可以提
高工艺系统的刚度。
2．增大工艺系统的阻尼
增大工艺系统中的阻尼，可通过多种方
法实现。例如，使用高内阻材料制造零件，
增加运动件的相对摩擦，在床身、立柱的封
闭内腔中充填型砂，在主振方向安装阻振器
等。
（三）采用减振装置
常用的减振装置有动力式减振器、摩擦
式减振器和冲击式减振器等三种类型。
习题：
4-8,4-9,4-10,4-11,4-12,4-13、
4-15,4-16,4-17,4-24,4-25。
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