機(jī)械加工過(guò)程中的振動(dòng)

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

2、方式：考核方式：平時(shí)成績(jī)（平時(shí)、作業(yè)、論文）的比例平時(shí)成績(jī)（平時(shí)、作業(yè)、論文）的比例20%20%，期末成，期末成績(jī)績(jī)80%80% v授課教師：趙斌（機(jī)電工程學(xué)院）授課教師：趙斌（機(jī)電工程學(xué)院）v聯(lián)系方式（手機(jī)）：聯(lián)系方式（手機(jī)）18203671508 v電子郵箱：電子郵箱：vQQQQ：4958897649588976第五節(jié)第五節(jié) 機(jī)械加工過(guò)程中的振動(dòng)機(jī)械加工過(guò)程中的振動(dòng) 機(jī)械加工過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)，是一種十機(jī)械加工過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)，是一種十分有害的現(xiàn)象，這是因?yàn)椋悍钟泻Φ默F(xiàn)象，這是因?yàn)椋?1）刀具相對(duì)于工件振動(dòng)會(huì)使加工表面）刀具相對(duì)于工件振動(dòng)會(huì)使加工表面產(chǎn)生波紋，這將嚴(yán)

3、重影響零件的使用性能。產(chǎn)生波紋，這將嚴(yán)重影響零件的使用性能。 2）刀具相對(duì)于工件振動(dòng)，切削截面、）刀具相對(duì)于工件振動(dòng)，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(dòng)態(tài)載荷的作用，刀具易于磨損統(tǒng)將承受動(dòng)態(tài)載荷的作用，刀具易于磨損（有時(shí)甚至崩刃），機(jī)床的連接特性會(huì)受到（有時(shí)甚至崩刃），機(jī)床的連接特性會(huì)受到破壞，嚴(yán)重時(shí)甚至使切削加工無(wú)法進(jìn)行。破壞，嚴(yán)重時(shí)甚至使切削加工無(wú)法進(jìn)行。 3）為了避免發(fā)生振動(dòng)或減小振動(dòng)，有）為了避免發(fā)生振動(dòng)或減小振動(dòng)，有時(shí)不得不降低切削用量，致使機(jī)床、刀具的時(shí)不得不降低切削用量，致使機(jī)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(jī)械加工中的振動(dòng)對(duì)于綜上分析可知，機(jī)械加工中的振動(dòng)對(duì)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(dòng)。措施控制振動(dòng)。一、機(jī)械加工過(guò)程中的強(qiáng)迫振動(dòng)一、機(jī)械加工過(guò)程中的強(qiáng)迫振動(dòng) 強(qiáng)迫振動(dòng)：強(qiáng)迫振動(dòng)：機(jī)械加工過(guò)程中的強(qiáng)迫振動(dòng)機(jī)械加工過(guò)程中的強(qiáng)迫振動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)受迫產(chǎn)生的振動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)受迫產(chǎn)生的振動(dòng)。 機(jī)械加工過(guò)程中的強(qiáng)迫振動(dòng)與一般機(jī)械機(jī)械加工過(guò)程中的強(qiáng)迫振動(dòng)與一般機(jī)械振動(dòng)中的強(qiáng)迫振動(dòng)沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別。機(jī)械振動(dòng)中的強(qiáng)迫振

5、動(dòng)沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別。機(jī)械加工過(guò)程中的強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率與干擾力的頻加工過(guò)程中的強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率與干擾力的頻率相同或是其整數(shù)倍；當(dāng)干擾力的頻率接近率相同或是其整數(shù)倍；當(dāng)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(shí)，或等于工藝系統(tǒng)某一薄弱環(huán)節(jié)固有頻率時(shí)，系統(tǒng)將產(chǎn)生共振。系統(tǒng)將產(chǎn)生共振。 強(qiáng)迫振動(dòng)的振源有來(lái)自于機(jī)床內(nèi)部的機(jī)強(qiáng)迫振動(dòng)的振源有來(lái)自于機(jī)床內(nèi)部的機(jī)內(nèi)振源和來(lái)自機(jī)床外部的機(jī)外振源。機(jī)外振內(nèi)振源和來(lái)自機(jī)床外部的機(jī)外振源。機(jī)外振源甚多，但它們都是通過(guò)地基傳給機(jī)床的，源甚多，但它們都是通過(guò)地基傳給機(jī)床的，可以通過(guò)加設(shè)隔振地基來(lái)隔離外部振源，消可以通過(guò)加設(shè)隔振地基來(lái)隔離外部振源，消除其影響。機(jī)內(nèi)振源

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

7、振） 1機(jī)械加工過(guò)程中的自激振動(dòng)機(jī)械加工過(guò)程中的自激振動(dòng) 與強(qiáng)迫振動(dòng)相比，自激振動(dòng)具有以下特與強(qiáng)迫振動(dòng)相比，自激振動(dòng)具有以下特征：征： l）機(jī)械加工中的自激振動(dòng)是指在沒(méi)有）機(jī)械加工中的自激振動(dòng)是指在沒(méi)有周期性外力（相對(duì)于切削過(guò)程而言）干擾下周期性外力（相對(duì)于切削過(guò)程而言）干擾下產(chǎn)生的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。產(chǎn)生的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。 2）自激振動(dòng)的頻率接近于系統(tǒng)某一?。┳约ふ駝?dòng)的頻率接近于系統(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(dòng)的激振機(jī)理三、自激振動(dòng)的激振機(jī)理 1振紋再生原理振紋再生原理 在刀具進(jìn)行切削的過(guò)程中，若受到一個(gè)瞬在刀具進(jìn)行切削的過(guò)程中，若受到一個(gè)瞬時(shí)的偶然擾動(dòng)力的作用，刀具與工件便會(huì)產(chǎn)生

8、時(shí)的偶然擾動(dòng)力的作用，刀具與工件便會(huì)產(chǎn)生相對(duì)振動(dòng)（屬自由振動(dòng)），振動(dòng)的幅值將因系相對(duì)振動(dòng)（屬自由振動(dòng)），振動(dòng)的幅值將因系統(tǒng)阻尼的存在而逐漸衰減。但該振動(dòng)會(huì)在已加統(tǒng)阻尼的存在而逐漸衰減。但該振動(dòng)會(huì)在已加工表面上留下一段振紋。當(dāng)工件轉(zhuǎn)過(guò)一轉(zhuǎn)后，工表面上留下一段振紋。當(dāng)工件轉(zhuǎn)過(guò)一轉(zhuǎn)后，刀具便會(huì)在留有振紋的表面上進(jìn)行切削，切削刀具便會(huì)在留有振紋的表面上進(jìn)行切削，切削厚度時(shí)大時(shí)小，這就有動(dòng)態(tài)切削力產(chǎn)生。如果厚度時(shí)大時(shí)小，這就有動(dòng)態(tài)切削力產(chǎn)生。如果機(jī)床加工系統(tǒng)滿足產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件，振動(dòng)機(jī)床加工系統(tǒng)滿足產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件，振動(dòng)便會(huì)進(jìn)一步發(fā)展到持續(xù)的振動(dòng)狀態(tài)。便會(huì)進(jìn)一步發(fā)展到持續(xù)的振動(dòng)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(yīng)（簡(jiǎn)稱再生效應(yīng)）而引起的自激振動(dòng)稱為再應(yīng)（簡(jiǎn)稱再生效應(yīng)）而引起的自激振動(dòng)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(guò)程再生型顫振的產(chǎn)生過(guò)程 切削過(guò)程一般都是部分地或完全地在有切削過(guò)程一般都是部分地或完全地在有振紋（波紋）的表面上進(jìn)行的，車(chē)削、銑削、振紋（波紋）的表面上進(jìn)行的，車(chē)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(yīng)引發(fā)的再生型切削顫振是機(jī)床切削的主效應(yīng)引發(fā)的再生型切削顫振是機(jī)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(shuō)，本轉(zhuǎn)產(chǎn)生再生型顫振的條件，

10、一般說(shuō)，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(huì)完全同步，它們?cè)谙辔簧嫌幸粋€(gè)差值?？偛粫?huì)完全同步，它們?cè)谙辔簧嫌幸粋€(gè)差值。設(shè)本轉(zhuǎn)（次）切削的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)為：設(shè)本轉(zhuǎn)（次）切削的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)為： 則上轉(zhuǎn)則上轉(zhuǎn)(次次)切削的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)為切削的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)為 tATtyncos1 tcosAtyn 式中式中 工件轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)的時(shí)間；工件轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)的時(shí)間；振動(dòng)源頻率；振動(dòng)源頻率； 本轉(zhuǎn)（次）切削的振動(dòng)振幅；本轉(zhuǎn)（次）切削的振動(dòng)振幅； 上轉(zhuǎn)（次）切削的振動(dòng)幅值。上轉(zhuǎn)（次）切削的振動(dòng)幅值。 2振型耦合原理振型耦合原理 實(shí)際振動(dòng)系統(tǒng)一般都是多自由度系統(tǒng)。實(shí)際振動(dòng)系統(tǒng)一般都是多自由度系統(tǒng)。

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

12、起強(qiáng)迫振動(dòng)的振源頻率遠(yuǎn)離機(jī)機(jī)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(dòng)被隔振裝置所隔離或吸收。隔振方法有兩種，動(dòng)被隔振裝置所隔離或吸收。隔振方法有兩種，一種是主動(dòng)隔振，阻止機(jī)內(nèi)振源通過(guò)地基外傳；一種是主動(dòng)隔振，阻止機(jī)內(nèi)振源通過(guò)地基外傳；另一種是被動(dòng)隔振，阻止機(jī)外干擾力通過(guò)地基另一種是被動(dòng)隔振，阻止機(jī)外干擾力通過(guò)地基傳給機(jī)床。常用的隔振材料有橡皮、金屬?gòu)椈?、傳給機(jī)床。常用的隔振材料有橡皮、金屬?gòu)椈?、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(dòng)的條件

13、消除或減弱產(chǎn)生自激振動(dòng)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(jìn)行切削引起的，如果本在有波紋的表面上進(jìn)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(huì)有再生型顫振發(fā)生。重疊系數(shù)越疊，就不會(huì)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(dāng)增大刀具的主偏角和進(jìn)給切削用量等。適當(dāng)增大刀具的主偏角和進(jìn)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(yīng)減小切削力，可以降低切削厚度變化效應(yīng)（再生效應(yīng)）和振型耦合效應(yīng)的作用。改善（再生效應(yīng)）和振型耦合效應(yīng)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(dāng)提高進(jìn)給量等，均可使切削剛度下角和適當(dāng)提高進(jìn)給量等，均可使切削剛度下降。降。 （3）合理布置振動(dòng)系統(tǒng)小剛度主軸的位）合理布置振動(dòng)系統(tǒng)小剛度主軸的位置。置。 （二）改善工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性（二）改善工藝系統(tǒng)的動(dòng)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(jī)床加工系統(tǒng)的穩(wěn)定性。提高各結(jié)效地提高機(jī)床加工系統(tǒng)的穩(wěn)定性。提高各結(jié)合面的接觸剛度，對(duì)主軸支承施加預(yù)載荷，合面的接觸剛度，對(duì)主軸支承施加預(yù)載荷，對(duì)剛性較差的工件增加輔助支承等都可以提對(duì)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(guò)多種方增大工