机械加工中的振动及其控制.ppt

5 4机械加工中的振动及控制 一 机械加工中的振动及分类自由振动 由切削力突然变化 冲击引起 一般可迅速衰减 危害较小 强迫振动 在外界周期力作用下产生 维持一定振幅 危害大 自激振动 由系统内部激发反馈产生的周期振动 危害大 二 机械加工中的强迫振动及其控制措施 一 强迫振动的数学描述 物体受力分析 外力Px Posin t弹性力kx阻尼力cx 运动方程 其中第一项代表有阻尼自由振动 振幅衰减 为一瞬态过程 第二项代表等幅强迫振动 为一稳态过程 最终得 二 强迫振动的特征1 为等幅周期振动 2 振动频率与干扰力频率相等 3 当频率比接近1时 o 1 产生共振 4 振幅与各参数之间的关系 干扰力幅值Po A2 弹簧系数k A2 阻尼系数c A2 三 强迫振动产生的原因及诊断1 机加工中强迫振动振源机内振源 电机 回转件 齿轮啮合冲击机外振源 可通过隔振地基消除2 强迫振动诊断比较振动频率与振源频率 四 消除强迫振动的措施1 减小Po 消除振源激振力2 隔振 尤其是外界振源3 提高阻尼系数c 变化频率比 使其远离1 三 机械加工中的自激振动及控制 一 自激振动的产生 无周期外力 由系统内部激发反馈产生的周期振动 其振动频率与系统固有频率接近 只开机不切削 工艺系统无自激振动 自激振动系统包含四个环节 不变 非振 的能源机构 控制进入振动系统能量的调节系统 振动系统 振动系统对于调节系统的反馈 控制进入系统能量的大小 例 皮带匀速运动 物体受摩擦力和弹簧力作用 1 物体在A点时 运动速度v0弹簧力等于摩擦力 F Fo2 物体与皮带的摩擦特性 v Fv v Fv 3 当物体受偶然力作用 在BC间运动时 有 B C时vFoC B时v v0FC B Fo 4 摩擦功 B A区间 同向加速vv0v F A B区间 反向减速v v0v F B C 摩擦力作正功 为B1C下的面积 C B 摩擦力作负功 为B2C下的面积 物体运动一个周期 摩擦力作的功为正 二 自激振动的特点 1 自激振动为不衰减的振动 外部干扰只起初始作用 2 自激振动的频率等于或接近于系统固有频率 3 自激振动能否产生 振动大小 取决于每一振动周期内输入与消耗能量的对比情况 三 产生自激振动的几种学说1 负摩擦自振原理刀具 物体 切屑 皮带 机床 刀架 弹簧径向切削分力Fy随切削速度的增大先增后减 在曲线下降区域容易出现自激振动 2 再生效应自振原理外圆磨削 砂轮宽度B 每转进给量f 重叠系数定义为 B f B0 1 纵车纵磨时 1切槽 切断 横磨钻削等 1一般情况下0 1重叠系数越大 越容易产生自激振动 切削再生自振产生过程 2020 3 16 17 可编辑 3 振型耦合自振原理将工艺系统的振动限制于平面振动 在偶然干扰力作用下刀架将沿X1 X2两个刚度方向振动 刀尖运动轨迹为封闭椭圆 相位差不同 运动轨迹不同 当刀具从A经C到B做振入运动时 切削厚度较薄 切削力较小 而刀具从B经D到A做振出运动时 切削厚度较大 切削力较大 在一个振动周期中 切削力对系统做正功大于做负功 有多余能量输入 系统将自振 相位差与振动轨迹 四 控制和减小自激振动的主要措施首先 应区分是强迫振动还是自激振动 1 消除 或减少产生自激振动的条件 1 尽量减小重叠系数 抑制再生型自振 2 尽量增加切削阻尼减小刀具后角 可增大摩擦阻尼 切削稳定性提高 但太小也不好 以2 3度为好 也可在后刀面上磨出消振棱 3 考虑振型耦合影响 合理布置主切削力和小刚度主轴的位置若振动系统的小刚度主轴X1位于切削力F与y轴之间时 容易产生自振 a b 抗振 车床上车刀装在水平面上稳定性最差 车刀装在60度的方位上 稳定性最好 2 提高工艺系统的抗振性和稳定性 1 提高工艺系统的刚度A 提高机床结构系统的动刚度主要是薄弱环节的动刚度B 提高刀具和工件夹持系统的动刚度 2 增大系统阻尼A 材料的内阻尼混凝土阻尼 铸铁阻尼 焊接钢件阻尼机床床身常采用铸铁 也可在零件上加阻尼材料 B 摩擦阻尼对于活动结合面可施加预紧力 增大摩擦阻尼 C 附加阻尼可在振动系统上附加阻尼减振器 3 采用各种消振 减振装置 A 阻尼减振器 利用固体或液体摩擦阻尼消耗