机床的精度抗振性和噪声_机械生必备课件

机床的精度、抗振性和噪声 机床的精度 n精度 q为了保证加工质量，机床在未受载荷的条件下必须保证一定的原始精 度，这就是机床的精度问题。 n刚度 q机床在一定的静载荷(重量，不变的切削力等)下，变形不能超过允许 量，从而保证受载后的加工精度和主要零部件的工作条件，这就是刚 度问题。 n抗振性 q机床在外界的一定频率和幅值的交变载荷作用下，不致发生共振，振 幅也不得超过一定的限度；机床在工作时又不会引起切削自激振动， 以便能保证加工精度和表面光洁度，这就是抗振性问题。 n热变形问题 n低速运动平稳性问题 n耐磨性和疲劳强度问题 n噪声问题 机床精度 机床的精度，指的是机床在未受外载荷 (如切削 力，工件、刀具、夹具的重力)条件下的原始精 度。 机床精度 n概述 q几何精度 n几何精度指的是机床在不运动 (如主轴不转、工作台不 移动)或运动速度较低时的精度。 q传动精度 n传动精度指的是内联传动链两末端件之间的相对运动精 度。 q运动精度 n运动精度指的是机床的主要零部件在以工作状态的速度 运动时的精度。 q定位精度 n定位精度是指机床主要部件在要求的运动终点所达到的 实际位置的精度。 阿贝误差 n定义：如果测量用的标准长 度（如线纹尺等）与被测长度不 在一条直线上，则由于导轨的不 直将产生显著的测量误差，这种 违反“阿贝(Abbe)测长原则”的附加 误差就称为“阿贝误差”。 n横梁 n主轴箱 n线纹尺 n工件 机床的精度等级 n普通精度 n精密 n高精度 机床的精度标准 n在设计机床时，必须同时拟定其精度标准， 作为制定重要零件（如主轴、导轨）的技术 要求，决定重要外购件如主轴轴承的精度以 及装配、检验的依据。 n精度标准规定了检验项目、测量方法和公差 。 n检验项目 q保证测量基准的精度项目 q为保证加工精度所必需的各项精度项目 q综合精度项目。 保持机床精度的措施 n合理选择机床的设计方案 n适当简化构造 n采用对加工和装配不敏感的结构 n均化误差 n利用油膜补偿制造误差 n注意降低阿贝误差 n采用误差校正装置 n采用主动测量和预报控制 抗振性 抗振性包括抵抗受迫振动的能力和抵 抗自激振动的能力。 模态(mode)：固有频率和振型 n固有频率 n振型 模 态 n第一阶模态（a）：整 机摇晃振动 n第二阶模态（b）：一 次弯曲振动 n第三阶模态（c）：一 次扭转振动 n第四阶模态（d）：二 次弯曲振动 n薄壁振动 整机和构件动态特性的测试 整台机床、机床部件或机床构件 (如主轴、床身、 立柱等)都是连续体，都是多自由度 (理论上说是无穷多 自由度)系统。构件的动态特性如各阶固有频率、振型， 受迫振动的响应 (位侈、速度或加速度)等目前已可用有 限元法进行计算。整台机床的动态特性，由于接触面的 性能 (刚度和阻尼)尚无可靠的数据，目前还只能用试验 的办法求得。 试验时，在机床上加一个激振力，测量其响应 (位 移、速度或加速度)。激振力可以是按正弦变化的，也可 以是一个脉冲 (锤击)或随机波。这三种激振方法分别称 为正弦激振、脉冲激振和随机激振。 自激振动和振动稳定性 切削自激振动(Self-excited vibration)也称为颤振 (Chatter)，它是在切削过程中产生的。如果切削前，工 件表面不平，或者在上一次切削时，由于某些偶然的因 素而引起振动，使表面不平，则下次切削时切深就有变 化。切削力也就随之而变化。由于工件与刀具之间是一 个弹性系统，切削力的变动就会引起工件与刀刃的相对 位移，使得切削后的表面也产生高低起伏。如果切削后 的表面波纹度 (波峰波谷的平均高差)不超过切削前的表 面波纹度，则振动不会加剧或将逐渐减小，切削就是稳 定的。如果超过，那么振动将越来越激烈。切削就是不 稳定的。这种现象在车床上切槽或切断时表现得特别明 显。因为在切槽或切断时，切削的纵向位置是固定的。 如果切削不稳定，则切过的表面，其波纹度将越来越大 ，振动越来越激烈。以至切削无法进行下去。由此可知 ，自激振动的能量来自切削本身。不论这个振动多么剧 烈。只要切削停止，振动立即消失。 自激振动和振动稳定性 切 削 过 程 机 床 弹 性 系 统 自激振动和振动稳定性 当机床弹性系统的刚度、刀具的切削角度、工件与刀具的材 料、切削速度、进给量等都一定时，影响自激振动的主要因素就 是切削宽度。实验证明，当切削宽度不大时，并不发生自激振动 ，切削是稳定的；当切削宽度增大到某一个数值时，振动就发生 了，切削变为不稳定的了。稳定切削与不稳定切削 (是否发生颤振 )之间有着明显的界限。因此，可以把不发生自激振动的最大切削 宽度作为判定自激振动稳定性的根据。称为临界切削宽度。 机床上产生噪声的原因和降低噪声的途径 n机床噪声的主要来源 q机械噪声 n如齿轮、滚动轴承和其它传动件以及联轴节的不同心 等所产生的噪声 q液压噪声 n如液压泵、溢液阀等的噪声 q空气动力噪声 n如电动机的转子、风扇等高速旋转什对空气的搅动而 引起的噪声 q电磁噪声 齿轮噪声 n齿轮噪声产生的原因 q外部原因 n轴系的弯曲和扭转变形，轴承、箱体的弹性变 形，箱体孔及孔中心距的误差 q内部原因 n齿轮在运转中由于渐开线齿轮的特点，轮齿受 力后的弹性变形和制造误差，使齿面间发生摩 擦和敲击 齿轮噪声 n控制产生齿轮噪声的内部原因 q减少啮合齿轮的对数 q适当的降低齿轮的线速度 q适当的选择齿轮的精度和加工方法 q把轮齿制造成鼓形 q适当限制齿轮的直径 q适当控制重合系数和轮齿修缘 q提高齿轮的刚度和增加阻尼 n控制产生齿轮噪声的外部原因 q必须保证传动轴有足够的刚度 q必须保证箱体孔的精度 q必须保证箱体有足够的刚度 q锥齿轮副必须保证锥顶共点 q重要的高速齿轮应该设法减少以至消除轴孔和键侧和配合间隙 滚动轴承噪声 n轴承噪声产生的原因 n控制轴承噪声 q合理选择轴承的精度 q控制轴颈和箱体孔的形状误差 q在可能条件下尽量采用球轴承，尽量少用圆锥滚 子轴承 q轴承应适当预紧 q轴承孔附近的箱壁应适当加厚或加筋，以减少薄 壁振动 其它的机械噪声 n皮带