机械加工中的振动2

1、机械加工中产生的振动v机械振动的定义v机械振动的利害v机械振动的分类v自由振动v强迫振动v自激振动v机械振动：工艺系统或工艺某些部分沿直线或曲线并经过其平衡位置 的往复运动v机械振动的利害 一般来说，机械加工中的振动是十分有害的现象 1 刀具与工件间的振动位移产生相对位置误差，影响加工 表面精度，使加工表面产生振纹，低频振动产生波度，高频振动影响加大表面粗糙度，使加工表面恶化 （刀具与工件间的振动位移会使加工表面产生振纹，影响使用性能） 2 工艺系统将承受动态交变载荷的作用，刀具易于磨损，有时甚至崩刀 3 机床联接部位的联接特性会受到破坏，严重时甚至使切削加工无法进行 4 振动使夹具间联接部位

2、松动间隙增大，刚度和精度下降 5振动产生噪音，造成环境污染，危害操作者的身心健康v振动可利用的一面： 如在振动切削磨削研抛中，合理利用机械振动可减小切削过程中的切削力和切削热v振动分类 从支持振动的激振力分为：自由振动 强迫振动 自激振动v自由振动：由于偶然干扰力引起的振动叫自由振动 v 在切削过程中，如外界传来的或机床传动系统中产生的非周期冲击力，加工材料局部硬点等引起的冲击力都会引起自由振动。由于系统的振动只靠弹性力维持，在阻尼作用下振动会很快衰退。因此自由振动对加工的影响不大。 强迫振动：是由外界周期性干扰所支持的不衰减运动。v支持系统振动的激振力由外界维持v系统振动的频率由激振力频率决

3、定（高速回转零件可能引起强迫振动）强迫振动的振源：机床内部的机内振源和自机床外部的机外振源两大类v机内振源主要有：1 机床高速旋转件（如电动机的转子，沙轮）不平衡引起的振动以及被加工工件等旋转不平衡引起的周期性振激力使加工过程中产生强迫振动2机床传动机构缺陷引起的振动。如制造安装不精确的齿轮， 传动带中平带的接头， V带的厚度不均匀 ，轴承滚动体大小不一 链传动中链条运动的不均性 3 切削过程中的冲击引起的振动。在铣削，拉削等加工中，刀齿在切入工件或从工件切出时，都会产生冲击。加工连续表面也会发生由于周期性冲击而引起的强迫振动。4 往复运动部件的惯性引起的振动，在具有往复运动的部件的机床中，往

4、复运动部件改变方向时所产生的惯性冲击，往往是这类机床加工中主要的强迫振源。强迫振动的特征：1 强迫振动是在外界周期性干扰力作用下形成的。但振动本身并不能引起干扰力的变化2 不管振动系统本身的固有频率如何，强迫振动的频率总是与外界干扰力的频率相同或是它的整数倍3 强迫振动的振幅大小在很大程度上取决于干扰力的频率与系统的固有频率的比值。在这一比值等于一或接近一时，振幅将达到最大值，这种现象通常称为共振4强迫振动的幅值大小与干扰力，系统刚度及阻尼系数有关。干扰力越大，刚度及阻尼系数越小，则振幅越大。 空运转实验是寻找机内强迫振源一种简单而有效的方法。 其方法是首先使机床处于工件加工前的静止状态（即装

5、夹好工件和刀具，调整好机床的位置，选择好切削用量）然后在不进行切削的状态下，逐次开动机床所有运动部件，同时测量机床各部件的振动位移，列表记录下这些振动位移数据，并观察找出振源。v控制和消减强迫振动的主要措施和途径 1 减小或消除振源的激振力。例如精确平衡各回转零件、部件，对电动机的转子和砂轮不但要做静平衡，还要进行动平衡。轴承的制造精度及其装配和调试质量常常对减小强迫振动有较大影响。 2 隔振 是在振动的传递路线中安放具有弹性性能的隔振装置。使振源所产生的大部分振动由隔振装置吸收，以减少振源对加工过程中的干扰。如将机床安置在防振地基上及振源与工件之间设置弹簧或橡皮垫片等3 提高系统的刚度及阻尼

6、。其目的是使强迫振动的频率远离系统的固有频率，使避开共振区。刮研接触面来提高部件的接触刚度，调整镶条加强连接刚度等都会收到一定的效果。4 采用减振器和阻尼器 动力式减振器 摩擦式减振器 冲击式减振器 v自激振动：由于系统本身产生的交变力激发和维持的振动称为自激振动。切削过程中产生的自激振动是频率较高的强烈振动，通常又称为颤振。颤振常常是影响加工表面质量及生产效率的主要因素。v自激振动的振动频率接近于或略高于工艺系统的低频振型固有频率，这是区分自激振动和强迫振动的最本质特点 v自振系统维持稳定振动的条件为：在一个振动周期内，从能源机构经调解系统输入振动系统的能量等于系统阻尼所消耗的能量。v自激振

7、动的特征 1 机械加工中的自激振动是在没有周期性外力（相对于切削过程而言）干扰下所产生的振动运动 ，这一点与受迫振动有原则区别。维持自激振动的能源来自机床电动机，电动机除了供给切除切屑的能量外，还通过切削过程把能量输给振动系统，使机床系统产生振动运动。 2 自激振动的频率接近于系统某一固有频率，或者说，颤振频率取决于振动系统的固有频率。这一点与受迫振动根本不同，受迫振动的频率取决于外界干扰力的频率 3 自由振动受阻尼作用将迅速衰减，而自激振动却不因有阻尼存在而衰减为零v抑制自激振动的措施 由于自激振动也是机械振动，所以前述关于抑制强迫振动的所有基本方法仍然适用于自激振动。但是自激振动的产生有其

8、本身复杂机理，可针对各种导致颤振的因素采取具体工艺措施，抑制其产生。 1 合理选择与切削过程有关的参数 （1）合理选择切削用量 如在车削中切削速度v在20mmin60mmin范围内，自激振动的振幅增加很快，而当v超过此范围以后v产生自激振动的学说 1 再生自激振动原理 2 振型耦合自激振动原理 则振动又逐渐减弱了，通常切削速度v在50mmin60nmin时，切削稳定性最低， 最容易产生自激振动，所以可以选择高速 或低速切削以避免自激振动。关于进给量f，通常当f较小时振幅较大，随着f 的增大振幅反而会减小，所以可以在表面粗超度 要求许可的前提下选取较大的进给量以避 免自激振动。背吃刀量ap越大，

9、切削力越大，越易产生振动。v合理选择刀具的几何参数 适当的增大前角r0、主偏角kr，能减小切削力而减小振动。后脚a0可尽量取小，但精加工中由于背吃刀量ap较小，刀刃不容易切入工件，而且a0过小时，刀具后刀面与加工表面间的摩擦可能过大，这样反而容易引起自激振动。通常在刀具的主后刀面下磨出一段为a0角为负值的窄棱面。另外，在实际生产中还往往用油石使新刃磨的刃口稍稍钝化，也很有效。关于刀尖圆弧半径，它本来就和加工表面粗超度有关 对加工中的振动而言，一般不要取得太大，如在车削中当刀尖圆弧半径与背吃刀量近似相等时，则切削力就很大，容易振动。车削时装刀位置过低或镗孔时装刀位置过高，都易产生自激振动。v补充

10、v在机械加工中，机床，夹具，工件和工件构成的系统称为工艺系统v人们用刚度的概念来表示工艺系统抵抗变形的能力v提高工艺系统刚度 提高工艺系统薄弱环节的刚度，可以有效的提高机床加工系统的稳定性。提高各结合面的接触刚度，对主轴支承施加预载荷，对刚性较差的工件增加辅助支承等都可以提高工艺系统的刚度。v接触刚度受下列因素影响 1 零件接粗面间的表面粗糙度 表面粗糙度低，零件的实际接触面积远远小于理论接触面积，受力后产生的接触变形就大。实际生产中常采用对部件预紧的方法来提高其接触强度。 v增大工艺系统的阻尼 增大工艺系统中的阻尼，可通过多种方法实现。例如，使用高内阻材料制造零件，增加运动件的相对摩擦，在床身、立柱的封闭内腔中充填型砂，在主振方向安装阻振器v动力式减振器 动力式减振器是通过一个弹性元件和阻尼元件将附加质量连接到主振系统上，当主振系统振动时，利用附加质量的动力作