機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)4.6

機(jī)械加工過程中的振動(dòng)VibrationsinmachiningProcess第4章機(jī)械加工質(zhì)量MachiningQuality1機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)4.6機(jī)械加工過程中的振動(dòng)第4章機(jī)械4.6.1概述

機(jī)械加工過程中振動(dòng)的危害影響加工表面粗糙度，振動(dòng)頻率較低時(shí)會(huì)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(dòng)稱為自由振動(dòng)。

由于系統(tǒng)中總存在由阻尼，自由振動(dòng)將逐漸衰弱，對加工影響不大。機(jī)械加工過程中振動(dòng)的類型自由振動(dòng)自由振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)自激振動(dòng)24.6.1概述機(jī)械加工過程中振動(dòng)的危害影響加工表面4.6.2機(jī)械加工過程中強(qiáng)迫振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)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(dòng)振源：機(jī)外＋機(jī)內(nèi)。機(jī)外振源均通過地基把振動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)態(tài)特性及干擾力頻率有關(guān)。強(qiáng)迫振動(dòng)的特征34.6.2機(jī)械加工過程中強(qiáng)迫振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生原因由外4.6.3機(jī)械加工過程中自激振動(dòng)自激振動(dòng)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(dòng)自激振動(dòng)過程可用傳遞函數(shù)概念說明自激振動(dòng)是一種不衰減振動(dòng)自激振動(dòng)的頻率等于或接近于系統(tǒng)的固有頻率自激振動(dòng)能否產(chǎn)生及振幅的大小取決于振動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)能量關(guān)系A(chǔ)BC能量EQE－E＋0振幅電動(dòng)機(jī)(能源)交變切削力F(t)振動(dòng)位移X(t)自激振動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng)機(jī)床振動(dòng)系統(tǒng)（彈性環(huán)節(jié)）調(diào)節(jié)系統(tǒng)（切削過程）自激振動(dòng)的特征44.6.3機(jī)械加工過程中自激振動(dòng)自激振動(dòng)的概念在沒有◆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(dòng)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(dòng)。自激振動(dòng)機(jī)理再生自激振動(dòng)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(dòng)4.6.3機(jī)械加工過程中自激振動(dòng)5◆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◆振型耦合機(jī)理：將車床刀架簡化為兩自由度振動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)能夠維持。6◆振型耦合機(jī)理：將車床刀架簡化為兩自由度振動(dòng)系統(tǒng)，等效質(zhì)量4.6.4機(jī)械加工中振動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)的條件（4-33）74.6.4機(jī)械加工中振動(dòng)的防治減小機(jī)內(nèi)干擾力的幅值4.6.4機(jī)械加工中振動(dòng)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(dòng)方向投影寬度；

b——本次切削在垂直于振動(dòng)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(dòng)方向XDfbbda）切削b）磨削κrκr，（4-34）84.6.4機(jī)械加工中振動(dòng)的防治◆減小切削或磨削時(shí)的重

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(dòng)的防治9減小重疊系數(shù)方法圖4-69車刀消振棱0.1～0.3-◆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(dòng)態(tài)特性4.6.4機(jī)械加工中振動(dòng)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◆提高工藝系統(tǒng)剛度改善工藝系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性4.6.4機(jī)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(dòng)力減振器摩擦式減振器（圖4-72）沖擊式減振器（圖4-73）4