機械加工過程中的振動

1、v選用教材選用教材: :機械制造技術(shù)基礎(chǔ)于駿一，鄒青主編機械工業(yè)出機械制造技術(shù)基礎(chǔ)于駿一，鄒青主編機械工業(yè)出版社版社 v參考書參考書: :1.1.謝家贏機械制造技術(shù)機械工業(yè)出版社謝家贏機械制造技術(shù)機械工業(yè)出版社2.2.馮之敬主編馮之敬主編機械制造工程原理機械制造工程原理 清華大學出版社清華大學出版社3.3.張福潤張福潤 徐鴻本徐鴻本 劉延林劉延林機械制造技術(shù)基礎(chǔ)機械制造技術(shù)基礎(chǔ)華中科技華中科技大學出版社大學出版社4.4.盧秉恒主編盧秉恒主編機械制造技術(shù)基礎(chǔ)機械制造技術(shù)基礎(chǔ)機械工業(yè)出版社機械工業(yè)出版社5.5.楊叔子主編楊叔子主編機械制造技術(shù)基礎(chǔ)機械制造技術(shù)基礎(chǔ)機械工業(yè)出版社機械工業(yè)出版社 v考核

2、方式：考核方式：平時成績（平時、作業(yè)、論文）的比例平時成績（平時、作業(yè)、論文）的比例20%20%，期末成，期末成績績80%80% v授課教師：趙斌（機電工程學院）授課教師：趙斌（機電工程學院）v聯(lián)系方式（手機）：聯(lián)系方式（手機）18203671508 v電子郵箱：電子郵箱：vQQQQ：4958897649588976第五節(jié)第五節(jié) 機械加工過程中的振動機械加工過程中的振動 機械加工過程中產(chǎn)生的振動，是一種十機械加工過程中產(chǎn)生的振動，是一種十分有害的現(xiàn)象，這是因為：分有害的現(xiàn)象，這是因為： 1）刀具相對于工件振動會使加工表面）刀具相對于工件振動會使加工表面產(chǎn)生波紋，這將嚴

3、重影響零件的使用性能。產(chǎn)生波紋，這將嚴重影響零件的使用性能。 2）刀具相對于工件振動，切削截面、）刀具相對于工件振動，切削截面、切削角度等將隨之發(fā)生周期性變化，工藝系切削角度等將隨之發(fā)生周期性變化，工藝系統(tǒng)將承受動態(tài)載荷的作用，刀具易于磨損統(tǒng)將承受動態(tài)載荷的作用，刀具易于磨損（有時甚至崩刃），機床的連接特性會受到（有時甚至崩刃），機床的連接特性會受到破壞，嚴重時甚至使切削加工無法進行。破壞，嚴重時甚至使切削加工無法進行。 3）為了避免發(fā)生振動或減小振動，有）為了避免發(fā)生振動或減小振動，有時不得不降低切削用量，致使機床、刀具的時不得不降低切削用量，致使機床、刀具的工作性能得不到充分發(fā)揮，限制了生

4、產(chǎn)效率工作性能得不到充分發(fā)揮，限制了生產(chǎn)效率的提高。的提高。 綜上分析可知，機械加工中的振動對于綜上分析可知，機械加工中的振動對于加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率都有很大影響，須采取加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率都有很大影響，須采取措施控制振動。措施控制振動。一、機械加工過程中的強迫振動一、機械加工過程中的強迫振動 強迫振動：強迫振動：機械加工過程中的強迫振動機械加工過程中的強迫振動是指在外界周期性于擾力的持續(xù)作用下，振是指在外界周期性于擾力的持續(xù)作用下，振動系統(tǒng)受迫產(chǎn)生的振動動系統(tǒng)受迫產(chǎn)生的振動。 機械加工過程中的強迫振動與一般機械機械加工過程中的強迫振動與一般機械振動中的強迫振動沒有本質(zhì)上的區(qū)別。機械振動中的強迫振

5、動沒有本質(zhì)上的區(qū)別。機械加工過程中的強迫振動的頻率與干擾力的頻加工過程中的強迫振動的頻率與干擾力的頻率相同或是其整數(shù)倍；當干擾力的頻率接近率相同或是其整數(shù)倍；當干擾力的頻率接近或等于工藝系統(tǒng)某一薄弱環(huán)節(jié)固有頻率時，或等于工藝系統(tǒng)某一薄弱環(huán)節(jié)固有頻率時，系統(tǒng)將產(chǎn)生共振。系統(tǒng)將產(chǎn)生共振。 強迫振動的振源有來自于機床內(nèi)部的機強迫振動的振源有來自于機床內(nèi)部的機內(nèi)振源和來自機床外部的機外振源。機外振內(nèi)振源和來自機床外部的機外振源。機外振源甚多，但它們都是通過地基傳給機床的，源甚多，但它們都是通過地基傳給機床的，可以通過加設(shè)隔振地基來隔離外部振源，消可以通過加設(shè)隔振地基來隔離外部振源，消除其影響。機內(nèi)振源

6、主要有：機床上的帶輪、除其影響。機內(nèi)振源主要有：機床上的帶輪、卡盤或砂輪等高速回轉(zhuǎn)零件因旋轉(zhuǎn)不平衡引卡盤或砂輪等高速回轉(zhuǎn)零件因旋轉(zhuǎn)不平衡引起的振動；機床傳動機構(gòu)的缺陷引起的振動；起的振動；機床傳動機構(gòu)的缺陷引起的振動；液壓傳動系統(tǒng)壓力脈動引起的振動；由于斷液壓傳動系統(tǒng)壓力脈動引起的振動；由于斷續(xù)切削引起的振動等。續(xù)切削引起的振動等。 如果確認機械加工過程中發(fā)生的是強迫如果確認機械加工過程中發(fā)生的是強迫振動，就要設(shè)法查找振源，以便消除振源或振動，就要設(shè)法查找振源，以便消除振源或減小振源對加工過程的影響。減小振源對加工過程的影響。二、機械加工過程中的自激振動（顫振）二、機械加工過程中的自激振動（顫

7、振） 1機械加工過程中的自激振動機械加工過程中的自激振動 與強迫振動相比，自激振動具有以下特與強迫振動相比，自激振動具有以下特征：征： l）機械加工中的自激振動是指在沒有）機械加工中的自激振動是指在沒有周期性外力（相對于切削過程而言）干擾下周期性外力（相對于切削過程而言）干擾下產(chǎn)生的振動運動。產(chǎn)生的振動運動。 2）自激振動的頻率接近于系統(tǒng)某一?。┳约ふ駝拥念l率接近于系統(tǒng)某一薄弱振型的固有頻率。弱振型的固有頻率。三、自激振動的激振機理三、自激振動的激振機理 1振紋再生原理振紋再生原理 在刀具進行切削的過程中，若受到一個瞬在刀具進行切削的過程中，若受到一個瞬時的偶然擾動力的作用，刀具與工件便會產(chǎn)生

8、時的偶然擾動力的作用，刀具與工件便會產(chǎn)生相對振動（屬自由振動），振動的幅值將因系相對振動（屬自由振動），振動的幅值將因系統(tǒng)阻尼的存在而逐漸衰減。但該振動會在已加統(tǒng)阻尼的存在而逐漸衰減。但該振動會在已加工表面上留下一段振紋。當工件轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)后，工表面上留下一段振紋。當工件轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)后，刀具便會在留有振紋的表面上進行切削，切削刀具便會在留有振紋的表面上進行切削，切削厚度時大時小，這就有動態(tài)切削力產(chǎn)生。如果厚度時大時小，這就有動態(tài)切削力產(chǎn)生。如果機床加工系統(tǒng)滿足產(chǎn)生自激振動的條件，振動機床加工系統(tǒng)滿足產(chǎn)生自激振動的條件，振動便會進一步發(fā)展到持續(xù)的振動狀態(tài)。便會進一步發(fā)展到持續(xù)的振動狀態(tài)。 再生型切削顫振

9、：再生型切削顫振：這種由于切削厚度變化效這種由于切削厚度變化效應（簡稱再生效應）而引起的自激振動稱為再應（簡稱再生效應）而引起的自激振動稱為再生型切削顫振。生型切削顫振。圖圖4-49 再生型顫振的產(chǎn)生過程再生型顫振的產(chǎn)生過程 切削過程一般都是部分地或完全地在有切削過程一般都是部分地或完全地在有振紋（波紋）的表面上進行的，車削、銑削、振紋（波紋）的表面上進行的，車削、銑削、刨削、鉆削、磨削等均不例外，由振紋再生刨削、鉆削、磨削等均不例外，由振紋再生效應引發(fā)的再生型切削顫振是機床切削的主效應引發(fā)的再生型切削顫振是機床切削的主要形態(tài)。要形態(tài)。 產(chǎn)生再生型顫振的條件，一般說，本轉(zhuǎn)產(chǎn)生再生型顫振的條件，

10、一般說，本轉(zhuǎn)（次）切削的振紋與前轉(zhuǎn)（次）切削的振紋（次）切削的振紋與前轉(zhuǎn)（次）切削的振紋總不會完全同步，它們在相位上有一個差值?？偛粫耆?，它們在相位上有一個差值。設(shè)本轉(zhuǎn)（次）切削的振動運動為：設(shè)本轉(zhuǎn)（次）切削的振動運動為： 則上轉(zhuǎn)則上轉(zhuǎn)(次次)切削的振動運動為切削的振動運動為 tATtyncos1 tcosAtyn 式中式中 工件轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)的時間；工件轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)的時間；振動源頻率；振動源頻率； 本轉(zhuǎn)（次）切削的振動振幅；本轉(zhuǎn)（次）切削的振動振幅； 上轉(zhuǎn)（次）切削的振動幅值。上轉(zhuǎn)（次）切削的振動幅值。 2振型耦合原理振型耦合原理 實際振動系統(tǒng)一般都是多自由度系統(tǒng)。實際振動系統(tǒng)一般都是多自由度系統(tǒng)。

11、 nA1 nA四、控制機械加工振動的途徑四、控制機械加工振動的途徑 （一）消除或減弱產(chǎn)生振動的條件（一）消除或減弱產(chǎn)生振動的條件 1消除或減弱產(chǎn)生強迫振動的條件消除或減弱產(chǎn)生強迫振動的條件 （1）消除或減小內(nèi)部振源）消除或減小內(nèi)部振源 機床上的高機床上的高速回轉(zhuǎn)零件必須滿足動平衡要求；提高傳動速回轉(zhuǎn)零件必須滿足動平衡要求；提高傳動元件及傳動裝置的制造精度和裝配精度，保元件及傳動裝置的制造精度和裝配精度，保證傳動平穩(wěn)；使動力源與機床本體分離。證傳動平穩(wěn)；使動力源與機床本體分離。 （2）調(diào)整振源的頻率）調(diào)整振源的頻率 通過改變傳動比，通過改變傳動比，使可能引起強迫振動的振源頻率遠離機機床加使可能引

12、起強迫振動的振源頻率遠離機機床加工系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)的固有頻率，避免產(chǎn)生共振。工系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)的固有頻率，避免產(chǎn)生共振。 （3）采取隔振措施）采取隔振措施 使振源產(chǎn)生的部分振使振源產(chǎn)生的部分振動被隔振裝置所隔離或吸收。隔振方法有兩種，動被隔振裝置所隔離或吸收。隔振方法有兩種，一種是主動隔振，阻止機內(nèi)振源通過地基外傳；一種是主動隔振，阻止機內(nèi)振源通過地基外傳；另一種是被動隔振，阻止機外干擾力通過地基另一種是被動隔振，阻止機外干擾力通過地基傳給機床。常用的隔振材料有橡皮、金屬彈簧、傳給機床。常用的隔振材料有橡皮、金屬彈簧、空氣彈簧、礦渣棉、木屑等?？諝鈴椈?、礦渣棉、木屑等。 2消除或減弱產(chǎn)生自激振動的條件

13、消除或減弱產(chǎn)生自激振動的條件 （1）減小重疊系數(shù)）減小重疊系數(shù) 再生型顫振是由于再生型顫振是由于在有波紋的表面上進行切削引起的，如果本在有波紋的表面上進行切削引起的，如果本轉(zhuǎn)（次）切削不與前轉(zhuǎn)（次）切削振紋相重轉(zhuǎn)（次）切削不與前轉(zhuǎn)（次）切削振紋相重疊，就不會有再生型顫振發(fā)生。重疊系數(shù)越疊，就不會有再生型顫振發(fā)生。重疊系數(shù)越小，就越不容易產(chǎn)生再生型顫振。重疊系數(shù)小，就越不容易產(chǎn)生再生型顫振。重疊系數(shù)值大小取決于加工方式、刀具的幾何形狀及值大小取決于加工方式、刀具的幾何形狀及切削用量等。適當增大刀具的主偏角和進給切削用量等。適當增大刀具的主偏角和進給量，均可使重疊系數(shù)減小。量，均可使重疊系數(shù)減小。

14、 重疊系數(shù)：重疊系數(shù)： （2）減小切削剛度）減小切削剛度 減小切削剛度可以減小切削剛度可以減小切削力，可以降低切削厚度變化效應減小切削力，可以降低切削厚度變化效應（再生效應）和振型耦合效應的作用。改善（再生效應）和振型耦合效應的作用。改善工件材料的可加工性、增大前角、增大主偏工件材料的可加工性、增大前角、增大主偏角和適當提高進給量等，均可使切削剛度下角和適當提高進給量等，均可使切削剛度下降。降。 （3）合理布置振動系統(tǒng)小剛度主軸的位）合理布置振動系統(tǒng)小剛度主軸的位置。置。 （二）改善工藝系統(tǒng)的動態(tài)特性（二）改善工藝系統(tǒng)的動態(tài)特性 1提高工藝系統(tǒng)剛度提高工藝系統(tǒng)剛度 提高工藝系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)的剛度，可以有提高工藝系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)的剛度，可以有效地提高機床加工系統(tǒng)的穩(wěn)定性。提高各結(jié)效地提高機床加工系統(tǒng)的穩(wěn)定性。提高各結(jié)合面的接觸剛度，對主軸支承施加預載荷，合面的接觸剛度，對主軸支承施加預載荷，對剛性較差的工件增加輔助支承等都可以提對剛性較差的工件增加輔助支承等都可以提高工藝系統(tǒng)的剛度。高工藝系統(tǒng)的剛度。 2增大工藝系統(tǒng)的阻尼增大工藝系統(tǒng)的阻尼 增大工藝系統(tǒng)中的阻尼，可通過多種方增大工