机械加工过程中的振动

机械加工过程中的振动第1页，共17页。（优选）第五节机械加工过程中的振动第2页，共17页。

3）为了避免发生振动或减小振动，有时不得不降低切削用量，致使机床、刀具的工作性能得不到充分发挥，限制了生产效率的提高。综上分析可知，机械加工中的振动对于加工质量和生产效率都有很大影响，须采取措施控制振动。第3页，共17页。一、机械加工过程中的强迫振动强迫振动：机械加工过程中的强迫振动是指在外界周期性于扰力的持续作用下，振动系统受迫产生的振动。机械加工过程中的强迫振动与一般机械振动中的强迫振动没有本质上的区别。机械加工过程中的强迫振动的频率与干扰力的频率相同或是其整数倍；当干扰力的频率接近或等于工艺系统某一薄弱环节固有频率时，系统将产生共振。第4页，共17页。强迫振动的振源有来自于机床内部的机内振源和来自机床外部的机外振源。机外振源甚多，但它们都是通过地基传给机床的，可以通过加设隔振地基来隔离外部振源，消除其影响。机内振源主要有：机床上的带轮、卡盘或砂轮等高速回转零件因旋转不平衡引起的振动；机床传动机构的缺陷引起的振动；液压传动系统压力脉动引起的振动；由于断续切削引起的振动等。第5页，共17页。如果确认机械加工过程中发生的是强迫振动，就要设法查找振源，以便消除振源或减小振源对加工过程的影响。第6页，共17页。二、机械加工过程中的自激振动（颤振）

1．机械加工过程中的自激振动与强迫振动相比，自激振动具有以下特征：

l）机械加工中的自激振动是指在没有周期性外力（相对于切削过程而言）干扰下产生的振动运动。

2）自激振动的频率接近于系统某一薄弱振型的固有频率。图第7页，共17页。三、自激振动的激振机理

1．振纹再生原理在刀具进行切削的过程中，若受到一个瞬时的偶然扰动力的作用，刀具与工件便会产生相对振动（属自由振动），振动的幅值将因系统阻尼的存在而逐渐衰减。但该振动会在已加工表面上留下一段振纹。当工件转过一转后，刀具便会在留有振纹的表面上进行切削，切削厚度时大时小，这就有动态切削力产生。如果机床加工系统满足产生自激振动的条件，振动便会进一步发展到持续的振动状态。第8页，共17页。

再生型切削颤振：这种由于切削厚度变化效应（简称再生效应）而引起的自激振动称为再生型切削颤振。图4-49再生型颤振的产生过程第9页，共17页。切削过程一般都是部分地或完全地在有振纹（波纹）的表面上进行的，车削、铣削、刨削、钻削、磨削等均不例外，由振纹再生效应引发的再生型切削颤振是机床切削的主要形态。第10页，共17页。产生再生型颤振的条件，一般说，本转（次）切削的振纹与前转（次）切削的振纹总不会完全同步，它们在相位上有一个差值。设本转（次）切削的振动运动为：

则上转(次)切削的振动运动为第11页，共17页。式中Ｔ－工件转一转的时间；－振动源频率；－本转（次）切削的振动振幅；－上转（次）切削的振动幅值。

2．振型耦合原理实际振动系统一般都是多自由度系统。第12页，共17页。四、控制机械加工振动的途径（一）消除或减弱产生振动的条件

1．消除或减弱产生强迫振动的条件（1）消除或减小内部振源机床上的高速回转零件必须满足动平衡要求；提高传动元件及传动装置的制造精度和装配精度，保证传动平稳；使动力源与机床本体分离。第13页，共17页。（2）调整振源的频率通过改变传动比，使可能引起强迫振动的振源频率远离机机床加工系统薄弱环节的固有频率，避免产生共振。（3）采取隔振措施使振源产生的部分振动被隔振装置所隔离或吸收。隔振方法有两种，一种是主动隔振，阻止机内振源通过地基外传；另一种是被动隔振，阻止机外干扰力通过地基传给机床。常用的隔振材料有橡皮、金属弹簧、空气弹簧、矿渣棉、木屑等。第14页，共17页。

2．消除或减弱产生自激振动的条件（1）减小重叠系数再生型颤振是由于在有波纹的表面上进行切削引起的，如果本转（次）切削不与前转（次）切削振纹相重叠，就不会有再生型颤振发生。重叠系数越小，就越不容易产生再生型颤振。重叠系数值大小取决于加工方式、刀具的几何形状及切削用量等。适当增大刀具的主偏角和进给量，均可使重叠系数减小。重叠系数：图第15页，共17页。（2）减小切削刚度减小切削刚度可以减小切削力，可以降低切削厚度变化效应（再生效应）和振型耦