第五節(jié)機械加工過程中的振動

第五節(jié)機械加工過程中的振動第1頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一1）刀具相對于工件振動會使加工表面產(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、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（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。第2頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一3）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、刀具的工作性能得不到充分發(fā)揮，限制了生產(chǎn)效率的提高。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，須采取措施控制振動。第3頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一一、機械加工過程中的強迫振動強迫振動：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振動中的強迫振動沒有本質(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，系統(tǒng)將產(chǎn)生共振。第4頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一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；由于斷續(xù)切削引起的振動等。第5頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一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，以便消除振源或減小振源對加工過程的影響。第6頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一二、機械加工過程中的自激振動（顫振）1．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征：l）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）干擾下產(chǎn)生的振動運動。2）自激振動的頻率接近于系統(tǒng)某一薄弱振型的固有頻率。圖第7頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一三、自激振動的激振機理1．振紋再生原理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，振動便會進一步發(fā)展到持續(xù)的振動狀態(tài)。第8頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一

再生型切削顫振：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生型切削顫振。圖4-49再生型顫振的產(chǎn)生過程第9頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一

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、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要形態(tài)。第10頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一產(chǎn)生再生型顫振的條件，一般說，本轉(zhuǎn)（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。設(shè)本轉(zhuǎn)（次）切削的振動運動為：

則上轉(zhuǎn)(次)切削的振動運動為第11頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一式中Ｔ－工件轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)的時間；－振動源頻率；－本轉(zhuǎn)（次）切削的振動振幅；－上轉(zhuǎn)（次）切削的振動幅值。2．振型耦合原理實際振動系統(tǒng)一般都是多自由度系統(tǒng)。第12頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一四、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1．消除或減弱產(chǎn)生強迫振動的條件（1）消除或減小內(nèi)部振源機床上的高速回轉(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，保證傳動平穩(wěn)；使動力源與機床本體分離。

第13頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一（2）調(diào)整振源的頻率通過改變傳動比，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，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。第14頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一2．消除或減弱產(chǎn)生自激振動的條件

（1）減小重疊系數(shù)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。重疊系數(shù)：圖第15頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一

（2）減小切削剛度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（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、增大主偏角和適當提高進給量等，均可使切削剛度下降。

（3）合理布置振動系統(tǒng)小剛度主軸的位置。

第16頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一（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)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)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高工藝系統(tǒng)的剛度。第17頁，共19頁，2023年，2月20日，星期一

2．增大工藝系統(tǒng)的阻尼增大工藝系統(tǒng)中的阻尼，可通過多種方法實現(xiàn)。例如，使用高內(nèi)阻材料制造零件，增加運動件的相對摩擦，在床身、立柱的封閉內(nèi)腔中充填型砂，在主振方向安裝阻振器等。

（三）采用減振裝置

常用的減振裝置有動