2006屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)第1頁共40頁第1章前言機(jī)床工作時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，不僅會(huì)影響機(jī)床的動(dòng)態(tài)精度和被加工零件的質(zhì)量，而且還要降低生產(chǎn)效率和刀具的耐用度。振動(dòng)劇烈時(shí)甚至?xí)档蜋C(jī)床的使用性能，不僅如此，伴隨振動(dòng)所產(chǎn)生的噪聲可能刺激操作工人，引起疲倦，導(dǎo)致工作效率下降。故振動(dòng)問題必須引起我們足夠的重視。隨著科學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)展，對(duì)機(jī)器零件的制造精度和表面質(zhì)量提出了更高的要求，從而機(jī)床振動(dòng)問題的研究成為研制、生產(chǎn)和使用機(jī)床部門必須面對(duì)的重大課題。研究機(jī)床振動(dòng)的目的，在于探究機(jī)床振動(dòng)發(fā)生的原因，謀求防止和消除機(jī)床振動(dòng)的方法，以及研制抗振性更佳的機(jī)床。本文對(duì)機(jī)床的振動(dòng)危害及減振方法做了一定的討論及研究。機(jī)床的減振方法從理論上來說，一般有四種途徑：1、減少激振力P。2、增大系統(tǒng)的阻尼。3、增大系統(tǒng)中的剛度K。4、提高系統(tǒng)的固有頻率n或改變激振頻率，以使兩者遠(yuǎn)離。本文主要是對(duì)臥式銑床的振動(dòng)減振系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)特性的研究，由于銑床的外部環(huán)境及本身構(gòu)造在其的研究中可看做是不可改變的因素，所以可以實(shí)現(xiàn)的減振方法只有附加諧振系統(tǒng)在振動(dòng)結(jié)構(gòu)上用以抵消原振動(dòng)，以達(dá)到減振的目的。故本文主要討論的減振方法屬于阻尼消振的一種，即安裝減振器或類似結(jié)構(gòu)以抵消臥式銑床懸臂梁本身的振動(dòng)，以達(dá)到減振的目的。本文的研究主要可以分為以下三個(gè)部分：首先，參照X62W型銑床，設(shè)計(jì)了一臺(tái)用于減振試驗(yàn)的銑床模型機(jī)。銑床模型機(jī)模擬了銑床的主要結(jié)構(gòu)，包括底座、立柱、刀軸等，并根據(jù)需要添加了減振槽、掛架及相當(dāng)于偏心輪的模擬銑刀等結(jié)構(gòu)。盛放不同規(guī)格鋼球的減振槽相當(dāng)于一個(gè)阻尼消振器，利用鋼球之間及其與槽壁之間的碰撞摩擦，消耗銑床模型機(jī)的振動(dòng)能量，以達(dá)到減振的目的。其次，是對(duì)模型機(jī)固有頻率的測(cè)定。這是試驗(yàn)最基本和首要的一步，用以作為標(biāo)準(zhǔn)衡量之后減振試驗(yàn)效果的好壞。本文講述了三種模型機(jī)的激振方法：1、穩(wěn)態(tài)正弦激勵(lì)法：穩(wěn)態(tài)正弦激勵(lì)又稱簡(jiǎn)諧激振，它是通過激振設(shè)備對(duì)被測(cè)試對(duì)象施加頻率可控的簡(jiǎn)諧激振力，常用的激振設(shè)備是頻帶寬、周璐：臥式銑床主軸懸臂梁系統(tǒng)振動(dòng)減振問題的模擬試驗(yàn)研究第2頁共40頁波形好的電磁激振系統(tǒng)，由掃描信號(hào)發(fā)生器，功率放大器和激振器組成。2、脈沖激勵(lì)法：脈沖激振是用一把裝有力傳感器的錘子（又叫脈沖錘）敲擊試件，它對(duì)試件的作用力為近似正弦波，其有效頻率范圍決定于脈沖持續(xù)時(shí)間，錘頭墊愈硬越小，則頻率范圍愈大。使用適當(dāng)?shù)腻N頭墊材料可以得到要求的頻帶寬度，改變錘頭配重塊的質(zhì)量和敲擊加速度可調(diào)節(jié)激振力的大小。3、施加偏心激振力法：在模型機(jī)設(shè)計(jì)中，在模擬銑刀上設(shè)計(jì)了一通孔，使模擬刀具相當(dāng)于一偏心輪，在高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，即對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生一離心激振力，對(duì)調(diào)頻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)可改變激振力的大小。在本次試驗(yàn)中，主要是利用正弦激勵(lì)法測(cè)定了模型機(jī)的固有頻率，由于時(shí)間和條件限制，脈沖法只做了一組用于對(duì)比，最后一種方法僅作為設(shè)想來介紹。最后，減振試驗(yàn)由于是多因素，多水平試驗(yàn)，要得到全面準(zhǔn)確的試驗(yàn)結(jié)果，工作量十分大。故采用了科學(xué)的正交試驗(yàn)方案，既減少了試驗(yàn)次數(shù)，又可得出全面的結(jié)論。正交設(shè)計(jì)（Orthogoualdesign）簡(jiǎn)稱正交設(shè)計(jì)（Orthogoual）,它是利用規(guī)格化的正交表（Orthogoualtable），科學(xué)的安排與分析多因素試驗(yàn)的方法，使目前最常用的方法之一。正交表是指利用“均衡搭配”與“整齊可比”這兩條基本原理，從大量的全面實(shí)驗(yàn)方案中，挑選出少量具有代表性的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，所制成的排列整齊的規(guī)格化表格。在本次的實(shí)驗(yàn)中，安排了五組鋼球減振實(shí)驗(yàn)以及一組沙子的減振實(shí)驗(yàn)。其中，鋼球減振的前四組分別是根據(jù)鋼球排列層數(shù)（包括兩層及三層）、重量及規(guī)格設(shè)計(jì)的正交試驗(yàn)方案，第五組是一組為更好得到鋼球大小和槽數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響的對(duì)比而做的全面試驗(yàn)。另外，為對(duì)比鋼球及其他材料的減振效果，還做了一組根據(jù)沙子重量設(shè)計(jì)的正交試驗(yàn)。六組實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)對(duì)比及結(jié)果分析從一定程度上說明了利用鋼球減振的可能性。在對(duì)振動(dòng)問題的研究分析之外，本文也對(duì)現(xiàn)今國(guó)內(nèi)外機(jī)床動(dòng)態(tài)性能的研究作了一定的介紹，并指出了未來的研究趨勢(shì)。在本文的撰寫過程中，參考了大量有關(guān)機(jī)床振動(dòng)、動(dòng)力學(xué)及沖擊測(cè)試、試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析等的有關(guān)書籍，并且得到了指導(dǎo)老師及同學(xué)的幫助。但由于時(shí)間及條件限制，可能存在一些不足之處，希望評(píng)閱老師指出并原諒。2006屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)第3頁共40頁第2章機(jī)床振動(dòng)問題的分析21機(jī)床減振問題的提出機(jī)床工作時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，不僅會(huì)影響機(jī)床的動(dòng)態(tài)精度和被加工零件的質(zhì)量，而且還要降低生產(chǎn)效率和刀具的耐用度。振動(dòng)劇烈時(shí)甚至?xí)档蜋C(jī)床的使用性能，不僅如此，伴隨振動(dòng)所產(chǎn)生的噪聲可能刺激操作工人，引起疲倦，導(dǎo)致工作效率下降。故振動(dòng)問題必須引起我們足夠的重視。當(dāng)開動(dòng)機(jī)床進(jìn)行加工時(shí)，由于機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部分彼此發(fā)生一定規(guī)律的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而其摩擦表面上必然有摩擦力作用著。機(jī)床迴轉(zhuǎn)部分不平衡等因素必將使迴轉(zhuǎn)系統(tǒng)受到離心力的作用。切削過程中刀具切入工件去除金屬層，將會(huì)使整個(gè)機(jī)床系統(tǒng)受到切削力作用。這些作用力并非保持常值，有的是周期性變化的，有的可能同系統(tǒng)某些元件的剛度軸線有一定的方位關(guān)系等。這些力在某些條件下會(huì)起一定的激振作用，從而使整個(gè)機(jī)床系統(tǒng)或其零部件發(fā)生各種類型的振動(dòng)。機(jī)床振動(dòng)一般分為三大類：1、自由振動(dòng)2、受迫振動(dòng)3、自激振動(dòng)。銑床的振動(dòng)主要與切削過程有關(guān)，它包括由于銑刀齒間斷切削和切削截面積變化所引起的受迫振動(dòng)，以及由于切削力的變化所激發(fā)的顫振，從抗振角度來看，銑床是在繁重的條件下工作的，這是由于：1、切削力的變化較大。2、切除薄而寬的切屑，特別是用圓柱銑刀銑平面時(shí)。3、在使用最普遍的升降臺(tái)銑床上，工作臺(tái)必須按三個(gè)互相垂直的方向相對(duì)于主軸移動(dòng)，這樣就影響到銑床的剛度。綜上所述，機(jī)床振動(dòng)是必須引起注意的一個(gè)重要的問題。隨著科學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)展，對(duì)機(jī)器零件的制造精度和表面質(zhì)量提出了更高的要求，從而使機(jī)床振動(dòng)問題的研究成為研制、生產(chǎn)和使用機(jī)床部門必須面對(duì)的重大課題。研究機(jī)床振動(dòng)的目的，在于探究機(jī)床振動(dòng)發(fā)生的原因，謀求防止和消除機(jī)床振動(dòng)的方法，以及研制抗振性更佳的機(jī)床。本文主要是針對(duì)臥式銑床的振動(dòng)及減振問題的研究。22機(jī)床振動(dòng)產(chǎn)生的原因及減振方法周璐：臥式銑床主軸懸臂梁系統(tǒng)振動(dòng)減振問題的模擬試驗(yàn)研究第4頁共40頁221機(jī)床振動(dòng)產(chǎn)生的原因機(jī)床振動(dòng)按產(chǎn)生的原因一般分為：自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)、自激振動(dòng)。一般來說，我們主要是研究受迫振動(dòng)及自激振動(dòng)的產(chǎn)生原因，并尋找減少及消除這兩種振動(dòng)的方法。1、自由振動(dòng)：自由振動(dòng)是指當(dāng)系統(tǒng)的平衡被破壞，只靠其彈性恢復(fù)力來維持的振動(dòng)。振動(dòng)系統(tǒng)作自由振動(dòng)時(shí)的頻率就是系統(tǒng)的固有頻率。2、受迫振動(dòng)：受迫振動(dòng)是指在外激振力擾動(dòng)下激發(fā)的振動(dòng)。例如在車床，銑床和磨床上，常見到迴轉(zhuǎn)主軸系統(tǒng)的受迫振動(dòng)，其頻率取決于迴轉(zhuǎn)主軸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速。發(fā)生受迫振動(dòng)的原因是多種多樣的，主要振源有以下這些：（1）地基引起的機(jī)床振動(dòng)。一般說來，如果不把機(jī)床與地基的振動(dòng)隔絕起來，那么要在機(jī)床上加工出精度和表面光潔度很高的零件是不可能的。地基振動(dòng)程度的大小取決于兩個(gè)因素，一是由附近設(shè)備和通道運(yùn)輸引起的振動(dòng)強(qiáng)度，二是土壤，樓板和建筑承載結(jié)構(gòu)的諧振特性。地基的固有振動(dòng)頻率常在由上述設(shè)備產(chǎn)生的激振力的頻率范圍內(nèi)。（2）高速迴轉(zhuǎn)的機(jī)床不平衡部件和工件引起的振動(dòng)。當(dāng)機(jī)床的迴轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)裝置工作時(shí)，最強(qiáng)烈的受迫振動(dòng)就是不平衡部件高速迴轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的激振力。例如電機(jī)的轉(zhuǎn)子、主軸部件，裝刀具的不平衡的刀杠。由此引起的受迫振動(dòng)的頻率，大致是這些部件每秒鐘相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)用迴轉(zhuǎn)刀具工作時(shí)，例如在坐標(biāo)鏜床或金剛鏜床上，強(qiáng)烈的振源來自刀具系統(tǒng)主軸部件的不平衡度。（3）機(jī)床傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺陷所引起的振動(dòng)。制造不精確或安裝不良的齒輪會(huì)產(chǎn)生周期性的