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1、机械加工中的强迫振动现象分析机械加工中的强迫振动现象分析机械加工中的强迫振动现象分析机械加工中的强迫振动现象分析蒋留杰蒋留杰机械加工过程中机械加工过程中,在工件和刀具之间常在工件和刀具之间常产生振动产生振动 。产生振动时产生振动时,工艺系工艺系 统统的正的正常切削常切削 过程便受到干扰和破坏过程便受到干扰和破坏,从而零从而零件加工表面出现件加工表面出现振纹振纹,降低了降低了 零件的零件的加加工精度和表面质量工精度和表面质量 。机械加工过程中。机械加工过程中 产产生的振动生的振动,按其产生的原因来分按其产生的原因来分,可分为可分为自自 由由 振动振动 、强迫振动、强迫振动 和和 自自 激振动激振
2、动 三三大大类类 。自由振动往往是由于切削力的突然自由振动往往是由于切削力的突然变化或其他外力的冲击等原因所引变化或其他外力的冲击等原因所引 起的起的 。这种振动一般可以迅速衰减这种振动一般可以迅速衰减,因此对因此对机械加工过程中机械加工过程中 的影响较小的影响较小 。而强迫而强迫振动和自激振动都是不能自振动和自激振动都是不能自 然衰减而且然衰减而且危害较大的振动危害较大的振动 。强迫 振动强迫振动产生的原因减小强迫振动的措施和途径下面主要对强迫振动进行简单的分析。强迫振动产生的原因1.1 机床上高速回转的零件的不平衡1.2 机床传动系统中的误差1.3 切削过程中本身的不均匀性1.4 外部振源
3、1.1 机床上高速回转的零件的不平衡机床上高速回转零件较多,如电动机转子、带轮、主轴、卡盘和工件、磨床的砂轮等,由于不平衡而产生激振力 F(即离心惯性力)。如图 1 所示是一个安装在简支梁上的 电动机,以 的角速度旋转时,假如由于电动机转子不平衡而产生离心力Fn,则Fn沿X方向 的分力Fx(Fx=Fncost)就是该梁的外界周期干扰力。在这一干扰力的作用下,简支梁将作不衰减的振动。1.2 机床传动系统中的误差机床传动系统中的齿轮,由于制造和装配误差而产生周期性的激振力。此外,皮带接缝,轴承滚动体尺寸差和液压传动中油液脉动等各种因素均可能引起工艺系统强迫振动。切削过程中的间歇特性,如铣削、拉削及
4、车削带有键槽的断续表面等,由于间歇切削而引起切削的周期性变化,从而激起振动1.3 切削过程中本身的不均匀性由邻近设备(如冲压设备、龙门 刨等)工作时的强烈振动通过地基传来,使工艺系统产生相同(或整倍数)频率的强迫振动。31.4 外部振源(1)减少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进行静平衡,而且要进行动平衡。轴承的制造精度以及装配和调试质量常常对减小强迫振动有较大的影响。减小强迫振动的措施和途径(2)隔振:即在振动的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 隔振装置来吸收,以减小振源对加工过程中 的干扰。如将机床安置在防振地基上及在振源与刀具和工件之间设置弹簧或橡皮垫片等。(3)提高工艺系统的刚度及增大阻尼,其目 的是使强迫振动的频率远离系统的固有频率。如使其避开共振区,使在0(干扰力的频率与系统固有频率的比值)或 0 的情况下加工,采用刮研接触面来提高部件的刚度。(4)采用阻尼器:通过阻尼作用,将振动能量转换成热能散失掉,以达到减振目 的。