机械加工中的振动现象及其影响

1、机械加工中的振动现象及其影响第1页，共12页，2022年，5月20日，2点34分，星期四1二、机械加工过程中振动的类型自由振动强迫振动自激振动第2页，共12页，2022年，5月20日，2点34分，星期四2（一）自由振动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。 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。第3页，共12页，2022年，5月20日，2点34分，星期四3（二）机械加工过程中强迫振动强迫振动产生原因 由外界周期性的干扰力（激振力）作用引起 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

2、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 频率特征：与干扰力的频率相同，或是干扰力频率整倍数 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 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。强迫振动的特征第4页，共12页，2022年，5月20日，2点34分，星期四4（三）机械加工过程中自激振动自激振动的概念 在没有周期性外力作用下，由系统内部激发反馈产生的周期性振动 自激振动过程可用传递函数概念说明（图4-72） 自激振动是一种不衰减振动 自激振动的频率等于或接近于系统的固

3、有频率 自激振动能否产生及振幅的大小取决于振动系统在每一个周期内获得和消耗的能量对比情况（图4-73）。图4-73 自激振动系统能量关系ABC能量EQEE0振幅电动机(能源)交变切削力F(t)振动位移X(t)图4-72 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）自激振动的特征第5页，共12页，2022年，5月20日，2点34分，星期四5 再生机理： 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 自激振动机理图4-74 再生自激振动原理图f切入切出y0ya）b

4、）y0y切入切出fc）fy0y切入切出d）切入切出fy0y 产生条件（图4-74） ： a）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，产生自激振动第6页，共12页，2022年，5月20日，2点34分，星期四6 振型耦合机理：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4-75）图4-75 车床刀架振型耦合模型Fmabcdx1x1x2x2k2k112X 自激振动的产生： k1=k2，x1与x2无相位差,

5、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 。第7页，共12页，2022年，5月20日，2点34分，星期四7三、机械加工中振动的防治 减小机内干扰力的幅值 调整振源的频率，一般要求： 调整振动系统小刚度主轴的位置（图4-76）消除或减弱产生强迫振动的条件式中 f 和 fn 分别为振源频率和系统固有频率 隔振x2x2x1x1x1x1x2x2图4-76 两种尾座结构消

6、除或减弱产生自激振动的条件（4-33）第8页，共12页，2022年，5月20日，2点34分，星期四8 减小切削或磨削时的重叠系数（图4-77）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4-77 重叠系数apfaB振动方向XDfbbda）切削b）磨削rr，（4-34）第9页，共12页，2022年，5月20日，2点34分，星期四9 减小重叠系数方法图4-78 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） 增加主偏角 增大进给量第10页，共12页，2022年，5月20日，2点34分，星期四10 提高工艺系统刚度 增大工艺系统阻尼 改善工艺系统动态特性阻尼材料铸铁环铸铁套筒图4-79 零件上加阻尼材料第11页，共12页，2022年，5月20日，2点34分，星期四11图4-80 摩擦式减振器1飞轮 2摩擦盘 3摩擦垫 4螺母 5弹簧动力减振器 摩擦式