机械加工过程中的振动

1、郭德伟1郭德伟2v 影响加工表面粗糙度，振动频率较低时会产生波度v 影响生产效率 v 加速刀具寿命，易引起崩刃v 影响机床、夹具的使用寿命v 产生噪声污染，危害操作者健康v 工艺系统受到初始干扰力而破坏了其平衡状态后，系统仅靠弹性恢复力来维持的振动称为自由振动。v 由于系统中总存在由阻尼，自由振动将逐渐衰弱，对加工影响不大。自由振动强迫振动自激振动郭德伟3v 由外界周期性的干扰力（激振力）作用引起v 强迫振动振源：机外机内。机外振源均通过地基把振动传给机床。机内： 1）回转零部件质量的不平衡 2）机床传动件的制造误差和缺陷 3）切削过程中的冲击v 频率特征：与干扰力的频率相同，或是干扰力频率整

2、倍数v 幅值特征：与干扰力幅值、工艺系统动态特性有关。当干扰力频率接近或等于工艺系统某一固有频率时，产生共振v 相角特征：强迫振动位移的变化在相位上滞后干扰力一个角，其值与系统的动态特性及干扰力频率有关。郭德伟4自激振动系统能量关系A B C能量EQEE0振幅电动机(能源)交变切削力F(t)振动位移X(t)自激振动闭环系统机床振动系统（弹性环节）调节系统（切削过程）郭德伟5切削过程，由于偶然干扰，使加工系统产生振动并在加工表面上留下振纹。第二次走刀时，刀具将在有振纹的表面上切削，使切削厚度发生变化，导致切削力周期性地变化，产生自激振动。再生自激振动原理图f切入 切出y0ya）b）y0y切入 切

3、出fc）fy0y切入 切出d）切入 切出fy0ya）b）c）系统无能量获得；d）y 滞后于y0，即 0- ，此时切出比切入半周期中的平均切削厚度大，切出时切削力所作正功（获得能量）大于切入时所作负功，系统有能量获得，产生自激振动郭德伟6将车床刀架简化为两自由度振动系统，等效质量m用相互垂直的等效刚度分别为k1、k2两组弹簧支撑（设x1为低刚度主轴，图4-66）图4-66 车床刀架振型耦合模型 k1=k2，x1与x2无相位差, 轨迹为直线，无能量输入 k1k2，x1超前x2 ，轨迹dcba为一椭圆，切入半周期内的平均切削厚度比切出半周期内的大，系统无能量输入 k1k2，x1滞后于x2 ，轨迹为一

4、顺时针方向椭圆，即：abcd。此时，切入半周期内的平均切削厚度比切出半周期内的小，有能量获得，振动能够维持 。郭德伟7调整振动系统小刚度主轴的位置（图4-76）式中 f 和 fn 分别为振源频率和系统固有频率x2x2x1x1x1x1x2x2图4-76 两种尾座结构0.25nfff（4-33）郭德伟8减小切削或磨削时的重叠系数（图4-67）式中 bd 等效切削宽度，即本次切削实际切到上次切削残留振纹 在垂直于振动方向投影宽度； b 本次切削在垂直于振动方向上的切削宽度； B , fa 砂轮宽度与轴向进给量。 图4-67 重叠系数apfaB振动方向XDfbbda）切削b）磨削rr，dabBfbB（切削）（磨削）（4-34）郭德伟9v 减小重叠系数方法图4-69 车刀消振棱0.10.3-5 -202 3增加切削阻尼（例采用倒棱车刀，图4-78）郭德伟10提高工艺系统刚度 增大工艺系统阻尼 阻尼材料铸铁环铸铁套筒图4-71 零件上加阻尼材料郭德伟11图4-72 摩擦式减振器1飞轮 2摩擦盘 3摩擦垫 4螺母 5弹簧v动力减振