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1、机械加工中的振动现象及其影响本讲稿第一页，共十二页1二、机械加工过程中振动的类型二、机械加工过程中振动的类型自由振动自由振动强迫振动强迫振动自激振动自激振动本讲稿第二页，共十二页2（一）自由振动（一）自由振动工艺系统受到初始干扰力而破坏了其平衡状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态后，系统仅靠弹性恢复力来维持的振动称为自由振动。为自由振动。由于系统中总存在由阻尼，自由振动将逐渐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。衰弱，对加工影响不大。本讲稿第三页，共十二页3（二）机械加工过程中强迫振动（二）机械加工过程中强迫振动强迫振动产生原因
2、强迫振动产生原因强迫振动产生原因强迫振动产生原因v 由外界周期性的干扰力（激振力）作用引起v 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v 频率特征：与干扰力的频率相同，或是干扰力频率整倍数v 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v 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。强迫振动的特征强迫振动的特征本讲稿第四页，共十二页4（三）机械加工过程中自激振动（三）机械加工过程中自激振
3、动自激振动的概念自激振动的概念自激振动的概念自激振动的概念 在在没没有有周周期期性性外外力力作作用用下下，由由系系统统内内部部激激发发反反馈馈产产生生的的周期性振动周期性振动 自自激激振振动动过过程程可可用用传传递递函函数数概念说明（图概念说明（图4-724-72）自激振动是一种不衰减振动自激振动是一种不衰减振动 自自激激振振动动的的频频率率等等于于或或接接近近于于系系统的固有频率统的固有频率 自自激激振振动动能能否否产产生生及及振振幅幅的的大大小小取取决决于于振振动动系系统统在在每每一一个个周周期期内内获获得得和和消消耗耗的的能能量量对对比比情情况况（图图4-4-7373）。）。图4-73
4、自激振动系统能量关系A B C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）自激振动的特征自激振动的特征本讲稿第五页，共十二页5 再再再再生生生生机机机机理理理理：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）y0y切入 切出fc）fy0y切入 切出d）切入 切出fy0y 产生条件（图产生条件（图4-744
5、-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，产生自激振动本讲稿第六页，共十二页6 振振振振型型型型耦耦耦耦合合合合机机机机理理理理：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：自激振动的产生：自激振动的产生：自激振动的产生：k1=k2，x1与x2无相位差,轨迹为直线，无能量输入 k1k2，x1
6、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。本讲稿第七页，共十二页7三、机械加工中振动的防治三、机械加工中振动的防治 减小机内干扰力的幅值减小机内干扰力的幅值 调整振源的频率，一般要求：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消除或减弱产生强迫振动的条件消除或减弱产生强迫振动的条件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
7、有频率 隔振隔振x2x2x1x1x1x1x2x2图4-76 两种尾座结构消除或减弱产生自激振动的条件消除或减弱产生自激振动的条件（4-33）本讲稿第八页，共十二页8 减小切削或磨削时的重叠系数（图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）本讲稿第九页，共十二页9v 减小重叠系数方法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）增加主偏角增加主偏角 增大进给量增大进给量本讲稿第十页，共十二页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改善工艺系统动态特性改善工艺系统动态特性改善工艺系统动态特性阻尼材料铸铁环铸铁套筒图4-79 零件上加阻尼材料本讲稿第十一页，共十二页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v动力减振器 v摩擦式减振器（图4-80）v冲击式减振器（图4-81）采用减振装置采用减振装置图4-81 冲击式减振镗刀与减振镗杆1冲击块 2紧定螺钉a）减振镗刀 b）减振镗杆本讲稿第十二页，共十二页12