機械加工中的振動2

1、機械加工中產(chǎn)生的振動v機械振動的定義v機械振動的利害v機械振動的分類v自由振動v強迫振動v自激振動v機械振動：工藝系統(tǒng)或工藝某些部分沿直線或曲線并經(jīng)過其平衡位置 的往復(fù)運動v機械振動的利害 一般來說，機械加工中的振動是十分有害的現(xiàn)象 1 刀具與工件間的振動位移產(chǎn)生相對位置誤差，影響加工 表面精度，使加工表面產(chǎn)生振紋，低頻振動產(chǎn)生波度，高頻振動影響加大表面粗糙度，使加工表面惡化 （刀具與工件間的振動位移會使加工表面產(chǎn)生振紋，影響使用性能） 2 工藝系統(tǒng)將承受動態(tài)交變載荷的作用，刀具易于磨損，有時甚至崩刀 3 機床聯(lián)接部位的聯(lián)接特性會受到破壞，嚴(yán)重時甚至使切削加工無法進行 4 振動使夾具間聯(lián)接部位

2、松動間隙增大，剛度和精度下降 5振動產(chǎn)生噪音，造成環(huán)境污染，危害操作者的身心健康v振動可利用的一面： 如在振動切削磨削研拋中，合理利用機械振動可減小切削過程中的切削力和切削熱v振動分類 從支持振動的激振力分為：自由振動 強迫振動 自激振動v自由振動：由于偶然干擾力引起的振動叫自由振動 v 在切削過程中，如外界傳來的或機床傳動系統(tǒng)中產(chǎn)生的非周期沖擊力，加工材料局部硬點等引起的沖擊力都會引起自由振動。由于系統(tǒng)的振動只靠彈性力維持，在阻尼作用下振動會很快衰退。因此自由振動對加工的影響不大。 強迫振動：是由外界周期性干擾所支持的不衰減運動。v支持系統(tǒng)振動的激振力由外界維持v系統(tǒng)振動的頻率由激振力頻率決

3、定（高速回轉(zhuǎn)零件可能引起強迫振動）強迫振動的振源：機床內(nèi)部的機內(nèi)振源和自機床外部的機外振源兩大類v機內(nèi)振源主要有：1 機床高速旋轉(zhuǎn)件（如電動機的轉(zhuǎn)子，沙輪）不平衡引起的振動以及被加工工件等旋轉(zhuǎn)不平衡引起的周期性振激力使加工過程中產(chǎn)生強迫振動2機床傳動機構(gòu)缺陷引起的振動。如制造安裝不精確的齒輪， 傳動帶中平帶的接頭， V帶的厚度不均勻 ，軸承滾動體大小不一 鏈傳動中鏈條運動的不均性 3 切削過程中的沖擊引起的振動。在銑削，拉削等加工中，刀齒在切入工件或從工件切出時，都會產(chǎn)生沖擊。加工連續(xù)表面也會發(fā)生由于周期性沖擊而引起的強迫振動。4 往復(fù)運動部件的慣性引起的振動，在具有往復(fù)運動的部件的機床中，往

4、復(fù)運動部件改變方向時所產(chǎn)生的慣性沖擊，往往是這類機床加工中主要的強迫振源。強迫振動的特征：1 強迫振動是在外界周期性干擾力作用下形成的。但振動本身并不能引起干擾力的變化2 不管振動系統(tǒng)本身的固有頻率如何，強迫振動的頻率總是與外界干擾力的頻率相同或是它的整數(shù)倍3 強迫振動的振幅大小在很大程度上取決于干擾力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率的比值。在這一比值等于一或接近一時，振幅將達(dá)到最大值，這種現(xiàn)象通常稱為共振4強迫振動的幅值大小與干擾力，系統(tǒng)剛度及阻尼系數(shù)有關(guān)。干擾力越大，剛度及阻尼系數(shù)越小，則振幅越大。 空運轉(zhuǎn)實驗是尋找機內(nèi)強迫振源一種簡單而有效的方法。 其方法是首先使機床處于工件加工前的靜止?fàn)顟B(tài)（即裝

5、夾好工件和刀具，調(diào)整好機床的位置，選擇好切削用量）然后在不進行切削的狀態(tài)下，逐次開動機床所有運動部件，同時測量機床各部件的振動位移，列表記錄下這些振動位移數(shù)據(jù)，并觀察找出振源。v控制和消減強迫振動的主要措施和途徑 1 減小或消除振源的激振力。例如精確平衡各回轉(zhuǎn)零件、部件，對電動機的轉(zhuǎn)子和砂輪不但要做靜平衡，還要進行動平衡。軸承的制造精度及其裝配和調(diào)試質(zhì)量常常對減小強迫振動有較大影響。 2 隔振 是在振動的傳遞路線中安放具有彈性性能的隔振裝置。使振源所產(chǎn)生的大部分振動由隔振裝置吸收，以減少振源對加工過程中的干擾。如將機床安置在防振地基上及振源與工件之間設(shè)置彈簧或橡皮墊片等3 提高系統(tǒng)的剛度及阻尼

6、。其目的是使強迫振動的頻率遠(yuǎn)離系統(tǒng)的固有頻率，使避開共振區(qū)。刮研接觸面來提高部件的接觸剛度，調(diào)整鑲條加強連接剛度等都會收到一定的效果。4 采用減振器和阻尼器 動力式減振器 摩擦式減振器 沖擊式減振器 v自激振動：由于系統(tǒng)本身產(chǎn)生的交變力激發(fā)和維持的振動稱為自激振動。切削過程中產(chǎn)生的自激振動是頻率較高的強烈振動，通常又稱為顫振。顫振常常是影響加工表面質(zhì)量及生產(chǎn)效率的主要因素。v自激振動的振動頻率接近于或略高于工藝系統(tǒng)的低頻振型固有頻率，這是區(qū)分自激振動和強迫振動的最本質(zhì)特點 v自振系統(tǒng)維持穩(wěn)定振動的條件為：在一個振動周期內(nèi)，從能源機構(gòu)經(jīng)調(diào)解系統(tǒng)輸入振動系統(tǒng)的能量等于系統(tǒng)阻尼所消耗的能量。v自激振

7、動的特征 1 機械加工中的自激振動是在沒有周期性外力（相對于切削過程而言）干擾下所產(chǎn)生的振動運動 ，這一點與受迫振動有原則區(qū)別。維持自激振動的能源來自機床電動機，電動機除了供給切除切屑的能量外，還通過切削過程把能量輸給振動系統(tǒng)，使機床系統(tǒng)產(chǎn)生振動運動。 2 自激振動的頻率接近于系統(tǒng)某一固有頻率，或者說，顫振頻率取決于振動系統(tǒng)的固有頻率。這一點與受迫振動根本不同，受迫振動的頻率取決于外界干擾力的頻率 3 自由振動受阻尼作用將迅速衰減，而自激振動卻不因有阻尼存在而衰減為零v抑制自激振動的措施 由于自激振動也是機械振動，所以前述關(guān)于抑制強迫振動的所有基本方法仍然適用于自激振動。但是自激振動的產(chǎn)生有其

8、本身復(fù)雜機理，可針對各種導(dǎo)致顫振的因素采取具體工藝措施，抑制其產(chǎn)生。 1 合理選擇與切削過程有關(guān)的參數(shù) （1）合理選擇切削用量 如在車削中切削速度v在20mmin60mmin范圍內(nèi)，自激振動的振幅增加很快，而當(dāng)v超過此范圍以后v產(chǎn)生自激振動的學(xué)說 1 再生自激振動原理 2 振型耦合自激振動原理 則振動又逐漸減弱了，通常切削速度v在50mmin60nmin時，切削穩(wěn)定性最低， 最容易產(chǎn)生自激振動，所以可以選擇高速 或低速切削以避免自激振動。關(guān)于進給量f，通常當(dāng)f較小時振幅較大，隨著f 的增大振幅反而會減小，所以可以在表面粗超度 要求許可的前提下選取較大的進給量以避 免自激振動。背吃刀量ap越大，

9、切削力越大，越易產(chǎn)生振動。v合理選擇刀具的幾何參數(shù) 適當(dāng)?shù)脑龃笄敖莚0、主偏角kr，能減小切削力而減小振動。后腳a0可盡量取小，但精加工中由于背吃刀量ap較小，刀刃不容易切入工件，而且a0過小時，刀具后刀面與加工表面間的摩擦可能過大，這樣反而容易引起自激振動。通常在刀具的主后刀面下磨出一段為a0角為負(fù)值的窄棱面。另外，在實際生產(chǎn)中還往往用油石使新刃磨的刃口稍稍鈍化，也很有效。關(guān)于刀尖圓弧半徑，它本來就和加工表面粗超度有關(guān) 對加工中的振動而言，一般不要取得太大，如在車削中當(dāng)?shù)都鈭A弧半徑與背吃刀量近似相等時，則切削力就很大，容易振動。車削時裝刀位置過低或鏜孔時裝刀位置過高，都易產(chǎn)生自激振動。v補充

10、v在機械加工中，機床，夾具，工件和工件構(gòu)成的系統(tǒng)稱為工藝系統(tǒng)v人們用剛度的概念來表示工藝系統(tǒng)抵抗變形的能力v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，可以有效的提高機床加工系統(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(yù)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。v接觸剛度受下列因素影響 1 零件接粗面間的表面粗糙度 表面粗糙度低，零件的實際接觸面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論接觸面積，受力后產(chǎn)生的接觸變形就大。實際生產(chǎn)中常采用對部件預(yù)緊的方法來提高其接觸強度。 v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v動力式減振器 動力式減振器是通過一個彈性元件和阻尼元件將附加質(zhì)量連接到主振系統(tǒng)上，當(dāng)主振系統(tǒng)振動時，利用附加質(zhì)量的動力作