機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)4.6

機(jī)械加工過程中的振動VibrationsinmachiningProcess第4章機(jī)械加工質(zhì)量MachiningQuality14.6.1概述

機(jī)械加工過程中振動的危害影響加工表面粗糙度，振動頻率較低時(shí)會產(chǎn)生波度影響生產(chǎn)效率加速刀具壽命，易引起崩刃影響機(jī)床、夾具的使用壽命產(chǎn)生噪聲污染，危害操作者健康工藝系統(tǒng)受到初始干擾力而破壞了其平衡狀態(tài)后，系統(tǒng)僅靠彈性恢復(fù)力來維持的振動稱為自由振動。

由于系統(tǒng)中總存在由阻尼，自由振動將逐漸衰弱，對加工影響不大。機(jī)械加工過程中振動的類型自由振動自由振動強(qiáng)迫振動自激振動24.6.2機(jī)械加工過程中強(qiáng)迫振動強(qiáng)迫振動產(chǎn)生原因由外界周期性的干擾力（激振力）作用引起強(qiáng)迫振動振源：機(jī)外＋機(jī)內(nèi)。機(jī)外振源均通過地基把振動傳給機(jī)床。機(jī)內(nèi)：

1）回轉(zhuǎn)零部件質(zhì)量的不平衡

2）機(jī)床傳動件的制造誤差和缺陷

3）切削過程中的沖擊

頻率特征：與干擾力的頻率相同，或是干擾力頻率整倍數(shù)

幅值特征：與干擾力幅值、工藝系統(tǒng)動態(tài)特性有關(guān)。當(dāng)干擾力頻率接近或等于工藝系統(tǒng)某一固有頻率時(shí)，產(chǎn)生共振

相角特征：強(qiáng)迫振動位移的變化在相位上滯后干擾力一個(gè)φ角，其值與系統(tǒng)的動態(tài)特性及干擾力頻率有關(guān)。強(qiáng)迫振動的特征34.6.3機(jī)械加工過程中自激振動自激振動的概念在沒有周期性外力作用下，由系統(tǒng)內(nèi)部激發(fā)反饋產(chǎn)生的周期性振動自激振動過程可用傳遞函數(shù)概念說明自激振動是一種不衰減振動自激振動的頻率等于或接近于系統(tǒng)的固有頻率自激振動能否產(chǎn)生及振幅的大小取決于振動系統(tǒng)在每一個(gè)周期內(nèi)獲得和消耗的能量對比情況。自激振動系統(tǒng)能量關(guān)系A(chǔ)BC能量EQE－E＋0振幅電動機(jī)(能源)交變切削力F(t)振動位移X(t)自激振動閉環(huán)系統(tǒng)機(jī)床振動系統(tǒng)（彈性環(huán)節(jié)）調(diào)節(jié)系統(tǒng)（切削過程）自激振動的特征4◆再生機(jī)理：切削過程，由于偶然干擾，使加工系統(tǒng)產(chǎn)生振動并在加工表面上留下振紋。第二次走刀時(shí)，刀具將在有振紋的表面上切削，使切削厚度發(fā)生變化，導(dǎo)致切削力周期性地變化，產(chǎn)生自激振動。自激振動機(jī)理再生自激振動原理圖f切入切出y0ya）b）φy0y切入切出fc）φfy0y切入切出d）切入切出fy0yφ◆產(chǎn)生條件：a）b）c）系統(tǒng)無能量獲得；d）y滯后于y0，即0＞φ＞-π，此時(shí)切出比切入半周期中的平均切削厚度大，切出時(shí)切削力所作正功（獲得能量）大于切入時(shí)所作負(fù)功，系統(tǒng)有能量獲得，產(chǎn)生自激振動4.6.3機(jī)械加工過程中自激振動5◆振型耦合機(jī)理：將車床刀架簡化為兩自由度振動系統(tǒng)，等效質(zhì)量m用相互垂直的等效剛度分別為k1、k2兩組彈簧支撐（設(shè)x1為低剛度主軸，圖4-66）圖4-66車床刀架振型耦合模型◆自激振動的產(chǎn)生：①k1=k2，x1與x2無相位差,軌跡為直線，無能量輸入4.6.3機(jī)械加工過程中自激振動②k1＞k2，x1超前x2，軌跡d→c→b→a為一橢圓，切入半周期內(nèi)的平均切削厚度比切出半周期內(nèi)的大，系統(tǒng)無能量輸入③k1＜k2，x1滯后于x2，軌跡為一順時(shí)針方向橢圓，即：a→b→c→d。此時(shí)，切入半周期內(nèi)的平均切削厚度比切出半周期內(nèi)的小，有能量獲得，振動能夠維持。64.6.4機(jī)械加工中振動的防治減小機(jī)內(nèi)干擾力的幅值調(diào)整振源的頻率，一般要求：◆調(diào)整振動系統(tǒng)小剛度主軸的位置（圖4-76）消除或減弱產(chǎn)生強(qiáng)迫振動的條件式中f和fn分別為振源頻率和系統(tǒng)固有頻率隔振βx2x2x1x1x1x1x2x2圖4-76兩種尾座結(jié)構(gòu)消除或減弱產(chǎn)生自激振動的條件（4-33）74.6.4機(jī)械加工中振動的防治◆減小切削或磨削時(shí)的重疊系數(shù)（圖4-67）式中bd

——等效切削寬度，即本次切削實(shí)際切到上次切削殘留振紋在垂直于振動方向投影寬度；

b——本次切削在垂直于振動方向上的切削寬度；

B,fa——砂輪寬度與軸向進(jìn)給量。圖4-67重疊系數(shù)apfaB振動方向XDfbbda）切削b）磨削κrκr，（4-34）8

減小重疊系數(shù)方法圖4-69車刀消振棱0.1～0.3-5°～-20°2°～3°◆增加切削阻尼（例采用倒棱車刀，圖4-78）增加主偏角增大進(jìn)給量4.6.4機(jī)械加工中振動的防治9◆提高工藝系統(tǒng)剛度◆增大工藝系統(tǒng)阻尼改善工藝系統(tǒng)動態(tài)特性4.6.4機(jī)械加工中振動的防治阻尼材料鑄鐵環(huán)鑄鐵套筒圖4-71零件上加阻尼材料10圖4-72摩擦式減振器1—飛輪2—摩擦盤3—摩擦墊4—螺母5—彈簧動力減振器摩擦式減振器（圖4-72）沖擊