毕业论文---何璐3

1、摘要关键词一、工艺系统的概念二、工艺系统振动对机械加工的影响（-）工艺系统振动的定义（-）工艺系统振动对机械加工过程的影响三、工艺系统振动的分析（一）振动的类型（二）受迫振动产生的原因（三）受迫振动的特性（四）受迫振动途径的控制及消除（五）自激振动产生的原因（六）口激振动的特点（七）从工艺角度上来控制或消除自激振动（八）举例四、对工艺系统振动的发展与思考五、总结六、参考文献七、致谢工艺系统振动分析与思考摘 要：机械加工屮的振动是一种i分有害的物理现象。通过分析机械加工屮的各种 振动产生的原因和特性，提出了相应的减振措施。在实际生产中，合理采用这些措施 对保证零件表而品质、提高生产力冇着积极的意

2、义。关键词：机械加工；振动；控制措施一、工艺系统的概念机械加工中，机床、刀具、夹貝和被加工工件一起构成了一个实现某种加工方法的 整体系统，这一系统就被称为机械加工工艺系统。在机械加工过程中，工艺系统经常 会发生振动，即刀具相对于工件发生周期性的往复位移。二、工艺系统振动对机械加工的影响机械加工中的振动对加工表面质量和生产率冇很人的影响，是一种十分冇害的物理 现象。若加工屮产生了振动，刀具与工件间将产生相对位移，会使加工表面产生振 痕，严重影响零件的表面质量和性能；振动使刀具受到附加动载荷，加速刀具磨损， 冇时其至崩刃；同时振动使机床、夹具等的连接部分松动，从而增大间隙，降低刚度 和精度，缩短使

3、用寿命，严重时甚至使切削加工无法继续进行；振动中产生的噪声还 将危害操作者的身体健康。为减小振动，冇时不得不降低切削量，使机床加工的生产 效率降低。因此，研究分析机械加工屮的振动原因和特性，寻求控制振动的有效途径 是很有必要的。三、工艺系统振动的分析(-)振动的类型振动按其产生的原因来分类有三种：口由振动、受迫振动和口激振动。据统计，受 迫振动约占30%,自激振动约占65%,自曲振动占比重则很小。自曲振动往往是曲于 切削力的忽然变化或其它外界力的冲击等原因所引起的，是-种迅速衰减的振动，对 加工的影响很小，通常可以忽略不计。受迫振动是在外界周期性干扰力持续作用卜， 系统受迫产生的振动。自激振动

4、则是依靠振动系统在自身运动中激发岀交变力维持的 振动。切削过程屮的自激振动一般称之为切削颤振。受迫振动和切削颤振都是持续的 振动，对零件加工质量是极其有害的，必须加以重视。（-）受迫振动产生的原因1. 机械加工中的受迫振动是一种由工艺系统内部或外部周期交变的激振力（即振 源）作用下引起的振动。机械加工中引起工艺系统受迫振动的激振力，主要来门以下 几个方面： 机床上高速回转零件的不平衡 机床上高速冋转的零件较多，如电动机转子、带 轮、主轴、卡盘和工件、磨床的砂轮等，它们在高速旋转时，由于质量偏心而产生 周期性激振力（即离心惯心力），在它们的作用下，工艺系统就会产生受迫振动 机床传动系统中的误差如

5、齿轮的基节误差使传动时齿和齿发生冲击而引起的受 迫振动，又有皮带传动中，皮带厚度不均匀和皮带接缝，会引起皮带张力的周期性 变化，产生干扰力引起受迫振动。此外，轴承滚动体尺寸差和液压传动屮的油液脉 动等各种因素均可引起工艺系统的受迫振动。 切削过程本身的不均匀性 切削过程的间歇特性，如常见的铳削、拉削、滚齿等 多刃多齿刀具的制造误差和加工，由于切削不连续及工件材料的硬度不均、加工余 量不均等都能引起切削力的周期变化，从而引起受迫振动。 外部振源由邻近设备（如冲压设备、龙门刨等）工作吋的强烈振动通过地基 传来，使工艺系统产生和同（或整倍数）频率的受迫振动。（三）受迫振动的特性1. 受迫振动是由周期

6、性激振力的作用而产生的一种不衰减的稳定振动。振动本身并不 能引起激振力的变化，激振力消除后，则工艺系统的振动也随z停止。2. 振动的频率与激振力的频率相同，而与工艺系统的固冇频率无关。3. 振动的振幅大小在很大程度上取决于激振力的频率与系统固有频率的比值入。当比 值入等于或接近1时，振幅将达到最大值，这种现象通常称为“共振”。4. 振动的振幅大小述与激振力大小、系统刚度及英阻尼系数冇关。（四）受迫振动途径的控制或消除受迫振动是由于外界周期性干扰力引起的，因此为了消除受迫振动，应先找出振源, 然后采取适应的措施加以控制。以下介绍几种消除受迫振动的措施：1 减小或消除振源的激振力对转速在600r

7、/ min以上的冋转零件、部件，应进行平衡，以消除和减小激振力。 对齿轮传动，应减小齿轮的基节和齿轮误差，减小装配时的几何偏心，这样可以减小 传动中的冲击和惯性力，避免振动。对带传动，则可采用较完善的皮带接头，减小皮 带的厚度差。应尽量提高轴承的制造精度以及装配和调试质量。2. 调节振源频率避免激振力的频率与系统的固有频率接近，以防止共振。如采取更换电动机的转速或改变主轴的转速来避开共振区；用捉高接触而精度、降 低结合面的粗糙度；消除间隙、提高接触刚度等方法，來提高系统的刚度和固有频率。3. 提高工艺系统本身的抗振性工艺系统的抗振性主要取决于机床的抗振性。要捉高机床的抗振性，主要应捉高在 振动

8、中起主导作用的主轴、刀架、尾座、床身、立柱、横梁等部件的动刚度。增大阻 尼式增加机床刚度的冇效措施，如适合调节零件间的某些配合处间隙等。4. 提高传动零件的制造精度提高齿轮的制造精度和装配精度，可以提高齿轮的工作平稳性精度，从而减少因周 期性的冲击而引起的振动，并可减少噪声；提高滚动轴承的制造和装配精度，以减少 因滚动轴承的缺陷而引起的振动；选用长短一致、厚薄均匀的传动带等。5. 采取隔振措施如使机床的电机与床身采用柔性联接以隔离电机本身的振动；把液压部分与机床分 开；采用液压缓冲装置以减少部件换向时的冲击；采用厚橡皮、木材将机床与地基隔 离，用防振沟隔开设备的基础和地面的联系，以防止四周的振

9、源通过地面和基础传给 机床等。6. 采用减振器和阻尼器用以吸收振动能量，从而达到减小振动的效果（五）自激振动产生的原因切削过程中，切屑与刀具、刀具与工件之间摩擦力的变化。切削层金属内部的 硬度不均匀。在车削补焊后的外i员i或端面而出现的硬度不均现象，常常引起刀具崩刀 及车床自振现象。刀具的安装刚性差，如刀杆尺寸太小或伸出过长，会引起刀杆颤 动。工件刚性差。如加工细长轴等刚性较差工件，会导致工件表面出现波纹或锥度。 积屑瘤的时生时灭，时切削过程中刀具前角及切削层横截面积不时改变。切削量 不合适引起的振动，切削宽而薄的切削易振动。（六）自激振动的特点：1. 自激振动是一种不衰减的振动。振动过程本身

10、能引起周期性变化的力，此力可从非 交变特性的能源中周期性地获得能量的补充，以维持这个振动。2. 激振动频率等于或接近系统的固有频率，完全由系统本身的参数决定。3. 自激振动振幅人小取决于每一振动周期内系统获得的能量与消耗能量的比值。当获 得的能量大于消耗的能量时，则振幅将不断增加，一直到网者能量相等为止。反之振 幅将不断减小。当获得的能量小于消耗的能量时，自激振动也随z消失。到ft而为止尚无完全成熟的理论来解释各种情况下发生口激振动的原因。冃前克服 和消除机械加工中的自激振动的途径，仍是通过各种实验，在设备、工具和实际操作 等方面解决。（七）从工艺角度上来控制和消除自激振动1. 合理选择切削用

11、量1）切削速度叫的选择。如图（1）车削时速度乙与振幅a的关系曲线。当切削速度叫在 0.5-1m /s范围内时，振幅a较大，最易产生振动。所以选择高速或低速切削可避 免自激振动，而11高速切削又能提高生产率和降低表面粗糙度值。21 l5切削速slvc/ (n-s")二、<老序图（1）切削速度¥号振幅a的关系2）进给量f的选择。如图（2）所示是进给量f与振幅a的关系曲线，f较小时a较 大，随着f的增大振幅a反而减小。因此，在加工表面粗糙度允许的情况下，应选择 较大的进给量以避免自激振动。九6050403020图（2）进给虽与振幅的关系3）背吃刀量勺的选择。如图（3）背吃刀

12、量勺与振幅a的关系曲线图，根据背吃刀量 勺与切削宽度b的关系，当主偏角kr不变时随着背吃刀量勺增大，振幅a也不断增 大012345背吃刀量6/1w图（3）背吃刀量与振幅的关系2. 合理选择刀具的几何参数1）前角加的选择 前角对振动影响较大，一般随着前角加增大，振幅a随之下降。 但在切削速度较高吋，前角对振幅影响将减弱，所以高速切削吋即使用负前角的 刀具也不致于产生强烈的振动。2）主偏角k的选择主偏角k增大时切削力f将减小，同时切削刃宽度b也减小，振 幅将逐渐减小，kr = 90°时振幅最小。3）后角go的选择 后角伽减小到2。3。时振动明显减弱。但后角不能太小，以免后角 与加工表面之

13、间发生摩擦，反而引起振动。通常可在刀具主后面上磨出一段负倒棱， 能起到很好的消振作用。4）刀尖圆角半径壮的选择刀尖圆角半径门1增大时，fy随z增大，因此，为减小 振动，应选择门越小越好，但会使刀具耐用度降低和表而粗糙度值增大，故应综合考 虑。3. 提高工艺系统的抗振性1）提高机床的抗振性 对已经使用的机床，主要是提高机床零件部件之间的接触刚度 和接触阻尼，例如，用增强联结刚度等方法来提高机床的抗振性。2）提高刀具的抗振性 刀具应具冇较高的弯曲和扭转刚度、高的阻尼系数和弹性系数。3）提高工件装夹刚性 加工中工件的抗振性主要取决于工件的装夹方法。如在细长轴 车削中，可使用中心架或跟刀架。4）合理安

14、排机床、工件、刀具之间最大刚度方向的相对位置。4. 采用减振装置1）阻尼器 它通过阻尼作用，将振动能量转换成热能散失掉，以达到减振目的。阻尼 越大，减振效果越好。常用的有固体摩擦阻尼器、液体摩擦阻尼器和电磁阻尼器等。2）吸振器动力吸振器它是通过弹性元件把一个附加质量连接到振动系统上，这 个附加质量在振动系数激励下也发生振动。利用附加质量的动力作用于系统的激振力 相抵消，以减弱振动。冲击式吸振器 它是由一个自由冲击的质量块与壳体组成。当系统振动时，曲于自 由质量的往复运动，产生冲击吸收能量，从而减小振动。（八）举例下面以图5-15所示电铃的工作原理來模拟说明切削过程中的自激振动现象。当按下按钮8

15、吋，通过652与电池构成冋路，电磁铁2就会产生磁力吸引衔铁7, 带动小锤4敲击铃3。当衔铁7被吸引时，触点6处断电，电磁铁2因断电而失去磁性, 小锤靠弹簧片5的弹力复位，同时触点6接同而恢复通电，电磁铁再次吸引衔铁使小 锤敲击电铃。如此循环而构成振动。这个振动过程显然不存在外來的周期性干扰力， 所以不是受迫振动。它是由弹簧片和小锤组成振动元件；曲衔铁、屯磁铁及电路组成 调节元件产生交变力，交变力使振动元件产生振动，振动元件又对调节元件产生反馈 作用，以使其产生持续的交变力（如图5-16）oi切小锤敲击屯铃的频率出弹簧片、小锤、衔铁本身参数（刚度、质量、阻尼）所决定,阻尼及运动摩擦所消耗的能量由

16、系统木身的电池所提供。这个振动过程就是区别于受迫振动的自激振动。大多数情况下，振动频率与加工系统的固有频率相近。由维持振动所需的交变切削力是由加工系统本身产生的，所以加工系统本身运动一停止，交变切削力也就随z消失，口激振动也就停止。图517给出了机床口激振动的闭环系统。u!对工艺系统振动的发展与思考机械振动问题广泛地存在于机械工程的各个领域，常见的问题冇：如何提高机械系 统的抗振能力；如何防止系统产生共振；如何避免系统的自振；不平衡惯性力引起振 动的平衡问题；减振与隔振；噪音控制和振动的利用等。随着近代振动理论的迅速发展，以及电子计算机和测试仪器的发展和完善，振动分 析的方法和手段发生了飞跃性

17、的变革，任何复朵的机械和结构几乎都可以进行工程所 需精度的分析。许多真的现象是有益于人类，例如电磁波的激发、乐器的发声和各种振动机械的运 用等。但是在多数情况下，振动却带来有害的影响。由于振动，降低了机器的动态精 度和使用性能。由于振动导致机械使用寿命的降低和灾难性事故的发生。此外由于振 动而产生的噪声公害益严重，使人烦躁、厌倦和疲劳，降低工作效率，影响人体健 康。因此研究振动对机械的使用和设让具冇重要的实际意义，随着人型复杂的高旋转 机械的不断增加和工业发展水平的不断提高，这种研究的迫切性也就越来越显现了。在振动研究中，一般把被研究的对象，小到一个零件，大到一个庞大的工程结构或 机器，称为系

18、统；把外界对系统的作用或机器运动所产生的力称为激振或输入；把系 统在激振作用下产生的动态变化称为响应或输出随着测试仪器的发展和完善，振动的 实验研究已发展成为一种独立的解决问题的手段。振动问题的理论分析和实验研究， 这两种方法相互补充，为解决复杂机械振动问题创造了冇利得条件。五、总结2010年11月，我开始了我毕业论文工作，时至今日，论文基本完成。从最初的茫然, 到慢慢的进入状态，再到队思路逐渐的清晰，整个写作过程难以用语言来表达。丿力经 数的奋战，紧张而又充实的毕业设计终于落下帷幕。回想这段口了的经历和感受， 我感慨万t,在这次毕业设计的过程中，我拥冇了无数难忘的回忆和收获。11月份，在与导

19、师的交流讨论屮我的设计题口定了下来是：工艺系统的振动的分析 与研究。此时我就着手资料的收集工作，当时面对浩瀚的书海还真是有些茫然，不知 如何下手。在老师细心地指导下，终于使我对自己现在的设计的方向和方法冇了掌握。 期间我在学校图书馆，在网上杳找各类相关资料，将这些宝贵的资料仔细整理分类， 及时拿给老师进行沟通。经过几天的努力，资料已经查找完毕了，我开始着手论文的 写作。在写作过程屮遇到困难我就及吋和导师联系，并和同学互相交流，请教专业课 老师。在大家的帮助下，困难一个一个解决掉，论文也慢慢成型。当我终于完成了所冇打字、校对的任务后整个人都很累，但同时看着电脑荧屏上的 毕业设计稿件我的心里是甜的，我觉得这一切都值了。这次毕业论文的制作过程是我 的一次再学习，再提高的过程。在论文中我充分地运用了大学期间所学到的知识。我不会忘记这难忘的几天的吋间。毕业论文的制作给了我难忘的冋忆。在我徜徉书 海查找资料的日子里，面对无数书本的罗列，最难忘的是毎次找到资料时的激动和兴 奋；为了论文我曾赶稿到深夜，但看着亲手打出的一字一句，心里满满的只冇喜悦毫 无疲惫。这