機(jī)械加工過程的工藝系統(tǒng)動態(tài)分析

1、機(jī)械加工過程的工藝系統(tǒng)動態(tài)分析（機(jī)床振動學(xué)（machine vibration）, 切削動力學(xué)）在機(jī)床的工作過程中，存在著不可避免的振動現(xiàn)象，機(jī)床工作時 產(chǎn)生的振動主要有以下三個方面：刀具與被加工工件之間產(chǎn)生的相對 振動、傳動部分產(chǎn)生的振動、機(jī)床和基礎(chǔ)之間的振動。振動是在日常生活和工程實(shí)際中普遍存在的一種現(xiàn)象。事實(shí)上， 人類就生活在振動的世界里。地面上的車輛（汽車振動和噪聲 （noise-vibration-harshness，NVH）是汽車動態(tài)性能的一個重要指標(biāo)，在 國外一些著名的汽車公司，有近20%的研發(fā)費(fèi)用來解決車輛的NVH 問題。振動源主要為：發(fā)動機(jī)振動-減振動材料如橡膠-車架上-方向

2、盤 的振動-六缸好于四缸；行駛中地面車輪-懸掛-車身-座騎-身體）；火 車、空中的飛機(jī)、衛(wèi)星、海洋中的船舶等都在不斷振動著。房屋建筑、 橋梁水壩等在受到激勵后也會發(fā)生振動。就連茫茫的宇宙中，也到處 存在著各種形式的振動，如風(fēng)、雨、雷、電、地震等隨時間的為斷變 化，從廣義的角度來理解，就是特殊形式的振動（或波動），而電磁 波不停地在以振動的方式發(fā)射和傳播，股票的漲跌。我們可以想像， 如果沒有振動，將會是怎樣，如果心臟停止振動；如果沒有空氣 振動就聽不到聲音；如果宇宙沒有振動振動是無處不在的，我們不可能回避振動，也不可能完全消滅振 動，我們要研究振動，只有掌握了振動規(guī)律和待征以后，才能有效地 利用

3、振動的有益方面并限制振動的有害方面。如大船（有減振措施）， 減少機(jī)床振動；然而振動也可以用來為人類服務(wù)，例如，利用鐘擺振動原理制造的鐘表；振動破碎機(jī)（氣錘X振動壓路機(jī)、海浪發(fā)電機(jī)、X光、CT、核磁共振等。所謂機(jī)械振動，是指物體（或物體系）在平衡位置（或平均位置） 附近來回往復(fù)運(yùn)動。力是力學(xué)中的最基本概念之一。物體受力的作用往往同時產(chǎn)生兩 種效應(yīng)：一種是使物體發(fā)生形變-稱為力的內(nèi)效應(yīng)；另一種是使物體 運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生改變-稱為力的外效應(yīng)-如果想像你與拳王泰森對陣，一 拳（不到一噸，據(jù)測左手500公斤，右手800公斤（1kg=9.8N）打 到你身上是什么結(jié)果將打扁了也將你打飛了。在研究物體運(yùn)動 時，不

4、考慮力的內(nèi)效應(yīng)-剛體。使質(zhì)量為1kg （千克）的物體產(chǎn)生1m/s2 （米/秒2）加速度所需要的力變?yōu)?N。偏離平衡位置-彈性力-回平衡位置-到平衡時彈性力消失-由于有 質(zhì)量就有慣性向前運(yùn)動-動能轉(zhuǎn)化為勢能-能量守恒-在沒有阻尼的理 想條件下，這種運(yùn)動一經(jīng)開始，就會無限期地持續(xù)進(jìn)行，永不停止。my = -ky my + ky = 0 n my + w2 y = 0 無阻尼自由n 振動my = -cy - kymy + cy + ky = 0有阻尼自由振動my + cy + ky = F(t) = F sin wt 強(qiáng)迫振動盡管各種應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的振動問題千差萬別，但解決的途徑往往具 有共同性：首先要

5、從具體的工程對象提煉出力學(xué)模型；然后應(yīng)用力學(xué) 知識建立所研究問題的數(shù)學(xué)模型，通常是微分方程組和代數(shù)方程組； 接著對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析和計(jì)算，求出精確、近似或數(shù)值解。對于實(shí) 際工程問題的復(fù)雜模型，只能求數(shù)值解，這時需要利用計(jì)算機(jī)并編制 或應(yīng)用計(jì)算軟件。最后，將計(jì)算結(jié)果與工程問題的實(shí)際現(xiàn)象或?qū)嶒?yàn)研 究的測試結(jié)果進(jìn)行比較，考察理論結(jié)果能否解決原先的工程問題。如 不能解決而數(shù)學(xué)模型及求解均無錯誤，則需要修改力學(xué)模型再重復(fù)上 述過程。機(jī)械振動學(xué)的主要研究內(nèi)容包括模型建立、振動分析、參數(shù)識別、振動測量、振動與噪聲控制、振動環(huán)境預(yù)測、振動利用等基本問題與 綜合問題。機(jī)床-刀具-工件組成了質(zhì)量-阻尼-彈性的振動

6、系統(tǒng)。機(jī)床系統(tǒng)振動帶來的危害有：影響刀具與工件之間的正常運(yùn)動 軌跡，并在加工過程中使工件表面形成振紋，使工件表面的粗糙度增 大、精度與光潔度降低，嚴(yán)重影響了加工件的表面質(zhì)量；惡化了加 工過程，使不得不減少加工時的進(jìn)刀量，限制了加工速度的提高，降 低了生產(chǎn)率；動載荷使機(jī)床、刀具、工件在振動狀況下工作，加工 速了機(jī)床與刀具的磨損，縮短了機(jī)床與刀具的壽命。強(qiáng)烈的振動會使 機(jī)床產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象，迫使加工過程無法進(jìn)行下去；振動產(chǎn)生噪聲， 惡化了工作環(huán)境，可能影響到操作者情緒，對正常工件的開展帶來一 定負(fù)面影響。一般來講，機(jī)床在加工過程中的振動主要有自由振動、強(qiáng)迫振動 與自激振動。機(jī)床振動的研究內(nèi)容主要體現(xiàn)在

7、：機(jī)床的振源研究、機(jī)床的振動 建模、機(jī)床的振動分析、機(jī)床的振動控制、機(jī)床的動態(tài)設(shè)計(jì)與機(jī)床的 故障診斷等這個單自由度強(qiáng)迫振動微分的全部解包括兩部分y =七+ *，一是 通解七二。頃siW/ -1圳），二是特解y =zsin（wt -d）2 J（1 -2）2 + 您入）2。通解y1是對應(yīng)于有阻尼自由振動的齊次方程的解，在小阻尼情況下，為衰減振動（振動逐漸 衰減為0），只在振動開始后的段時間內(nèi)才有意義，所以稱為瞬態(tài)振 動（如（a）圖）。特解y表示系統(tǒng)在簡諧激勵下產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動，它是2一種持續(xù)等幅振動，稱為穩(wěn)態(tài)振動。工程中的共振問題。如塔科馬大橋。馮卡門（1881年1963 年）提出“卡門渦街”理論建立“湍流”概念。錢學(xué)森、錢偉長、郭永懷為 其親傳弟子。引潮力（天體繞著系統(tǒng)的共同質(zhì)心公轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力和鄰近天 體的萬有引力的合力）共振：海水的潮起潮落與地球和月亮的相對運(yùn) 動是有關(guān)的。萬有引力（質(zhì)量與距離），在宇宙中地球是這種系統(tǒng)的 一