机械加工中的振动及其控制

机械加工中的振动及其控制第1页，共27页，2023年，2月20日，星期五二、机械加工中的强迫振动及其控制措施（一）强迫振动的数学描述第2页，共27页，2023年，2月20日，星期五物体受力分析：外力Px=Posinωt

弹性力kx

阻尼力cx’

运动方程：第3页，共27页，2023年，2月20日，星期五其中第一项代表有阻尼自由振动，振幅衰减，为一瞬态过程；第二项代表等幅强迫振动，为一稳态过程：第4页，共27页，2023年，2月20日，星期五第5页，共27页，2023年，2月20日，星期五最终得：第6页，共27页，2023年，2月20日，星期五（二）强迫振动的特征1、为等幅周期振动；2、振动频率与干扰力频率相等；3、当频率比接近1时，λ=ω/ωo→1，产生共振；4、振幅与各参数之间的关系：干扰力幅值Po↑→A2↑

弹簧系数k↑→A2↓

阻尼系数c↑→A2↓第7页，共27页，2023年，2月20日，星期五（三）强迫振动产生的原因及诊断1、机加工中强迫振动振源机内振源：电机、回转件、齿轮啮合冲击机外振源：可通过隔振地基消除2、强迫振动诊断比较振动频率与振源频率（四）消除强迫振动的措施1、减小Po，消除振源激振力2、隔振，尤其是外界振源3、提高阻尼系数c，变化频率比λ，使其远离1。第8页，共27页，2023年，2月20日，星期五三、机械加工中的自激振动及控制（一）自激振动的产生：无周期外力，由系统内部激发反馈产生的周期振动，其振动频率与系统固有频率接近。只开机不切削，工艺系统无自激振动。自激振动系统包含四个环节：①不变（非振）的能源机构；②控制进入振动系统能量的调节系统；③振动系统；④振动系统对于调节系统的反馈，控制进入系统能量的大小。第9页，共27页，2023年，2月20日，星期五例：皮带匀速运动，物体受摩擦力和弹簧力作用。1、物体在A点时，运动速度v0

弹簧力等于摩擦力：F=Fo2、物体与皮带的摩擦特性：v↑→Fv↓,v↓→Fv↑3、当物体受偶然力作用，在BC间运动时，有：

B→C时v<v0FB→C>FoC→B时v>v0FC→B<Fo第10页，共27页，2023年，2月20日，星期五4、摩擦功：

B→A区间，同向加速v<v0v↓Fμ↑A→C区间，同向减速v<v0v↑Fμ↓C→A区间，反向加速v>v0v↑Fμ↓A→B区间，反向减速v>v0v↓Fμ↑B→C：摩擦力作正功，为B1C下的面积。C→B：摩擦力作负功，为B2C下的面积。物体运动一个周期，摩擦力作的功为正。第11页，共27页，2023年，2月20日，星期五（二）自激振动的特点：1、自激振动为不衰减的振动，外部干扰只起初始作用；2、自激振动的频率等于或接近于系统固有频率；3、自激振动能否产生、振动大小，取决于每一振动周期内输入与消耗能量的对比情况。第12页，共27页，2023年，2月20日，星期五（三）产生自激振动的几种学说1、负摩擦自振原理刀具→物体，切屑→皮带，机床、刀架→弹簧径向切削分力Fy随切削速度的增大先增后减，在曲线下降区域容易出现自激振动。第13页，共27页，2023年，2月20日，星期五2、再生效应自振原理外圆磨削：砂轮宽度B，每转进给量f，重叠系数定义为：μ=（B-f）/B0<μ<1第14页，共27页，2023年，2月20日，星期五纵车纵磨时μ<1切槽、切断、横磨钻削等μ=1一般情况下0<μ<1重叠系数越大，越容易产生自激振动。第15页，共27页，2023年，2月20日，星期五切削再生自振产生过程：第16页，共27页，2023年，2月20日，星期五3、振型耦合自振原理将工艺系统的振动限制于平面振动，在偶然干扰力作用下刀架将沿X1、X2两个刚度方向振动。刀尖运动轨迹为封闭椭圆，相位差不同，运动轨迹不同。第17页，共27页，2023年，2月20日，星期五当刀具从A经C到B做振入运动时，切削厚度较薄，切削力较小；而刀具从B经D到A做振出运动时，切削厚度较大，切削力较大。在一个振动周期中，切削力对系统做正功大于做负功，有多余能量输入，系统将自振。第18页，共27页，2023年，2月20日，星期五相位差与振动轨迹第19页，共27页，2023年，2月20日，星期五（四）控制和减小自激振动的主要措施首先，应区分是强迫振动还是自激振动。1、消除、或减少产生自激振动的条件（1）尽量减小重叠系数（抑制再生型自振）第20页，共27页，2023年，2月20日，星期五（2）尽量增加切削阻尼减小刀具后角，可增大摩擦阻尼，切削稳定性提高，但太小也不好，以2~3度为好。也可在后刀面上磨出消振棱。第21页，共27页，2023年，2月20日，星期五（3）考虑振型耦合影响，合理布置主切削力和小刚度主轴的位置若振动系统的小刚度主轴X1位于切削力F与y轴之间时，容易产生自振（a），（b）抗振。第22页，共27页，2023年，2月20日，星期五车床上车刀装在水平面上稳定性最差；车刀装在60度的方位上，稳定性最好。第23页，共27页，2023年，2月20日，星期五2、提高工艺系统的抗振性和稳定性（1）提高工艺系统的刚度A、提高机床结构系统的动刚度主要是薄弱环节的动刚度B、提高刀具和工件夹持系统的动刚度第24页，共27页，2023年，2月20日，星期五（2）增大系统阻尼A、材料的内阻尼混凝土阻尼>铸铁阻尼>焊接钢件阻尼机床床身常采用铸铁；也可在零件上加阻尼材料。第25页，共27页，2023年，2月20