機械加工過程中的振動對加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率的影響

時間：2022-10-31 09:15:44 來源：admin 點擊：0次

機械加工過程中的振動
一般說來,，機械加工過程中的振動是一種十分有害的現(xiàn)象,，它對于加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率都有很大影響，必須認(rèn)真對待,。在切削過程中,，當(dāng)振動發(fā)生時，加工表面將惡化,，產(chǎn)生較明顯的表面振痕,。
一,、機械加工過程中的強迫振動

（一）機械加工過程中的強迫振動（見P226）

1、強迫振動：是由于工藝系統(tǒng)外界周期性干擾力的作用而引起的振動,。
機械加工中的強迫振動與一般機械中的強迫振動沒有什么區(qū)別,，強迫振動的頻率與干擾力的頻率相同或是它的倍數(shù)。
2,、強迫振動產(chǎn)生的原因：強迫振動的振源又來自機床內(nèi)部的機內(nèi)振源和來自機床外部的機外振源兩大類,。機外振源甚多，但它們都是通過地基傳給機床的,，可通過加設(shè)隔振地基來隔離,。機內(nèi)振源主要又：
（1）機床電機的振動；
（2）機床高速旋轉(zhuǎn)件不平衡引起的振動,；
（3）機床傳動機構(gòu)缺陷引起的振動,，如齒輪的側(cè)隙、皮帶張緊力的變化等,；
（4）切削過程中的沖擊引起的振動,；
（5）往復(fù)運動部件的慣性力引起的振動
3、強迫振動的特征：（見P227）
（1）機械加工過程中的強迫振動,，只要干擾力存在,，其不會被衰減；
（2）強迫振動的頻率等于干擾力的頻率,；
（3）在干擾力頻率不變的情況下,，干擾力的幅值越大，強迫振動的幅值將隨之增大,。

4,、減少強迫振動的途徑：
（1）對工藝系統(tǒng)中的回轉(zhuǎn)零件進行平衡處理；
（2）提高工藝系統(tǒng)中傳動件的精度：以減小沖擊,；
（3）提高工藝系統(tǒng)的剛度,；
（4）隔振：隔離機外振源對工藝系統(tǒng)的干擾。
（二）機械加工過程中強迫振源的查找方法如果已經(jīng)確認(rèn)機械加工過程中發(fā)生了強迫振動,，就要設(shè)法查找振源,，以便去除振源或減小振源對加工過程的影響。由強迫振動的特征可知,，強迫振動的頻率總是與干擾力的頻率相等或是它的倍數(shù),，我們可以根據(jù)強迫振動的這個規(guī)律去查找強迫振動的振源。
二,、機械加工過程中的自激振動（顫振）

（一）機械加工過程中的自激振動（見P229）

1,、自激振動：機械加工過程中，在沒有周期性外力作用下,，由系統(tǒng)內(nèi)部激發(fā)反饋產(chǎn)生的周期性振動,，稱為自激振動,，簡稱顫振。
　2,、自激振動的原理：
（1）電鈴自激振動：見下圖,。（見P229）

3、與強迫振動相比,，自激振動具有以下特征：

（1）機械加工中的自激振動是在沒有周期性外力（相對于切削過程而言）干擾下所產(chǎn)生的振動運動,，這一點與強迫振動有原則區(qū)別。維持自激振動的能量來自機床電動機,，電動機除了供給切除切屑的能量外,，還通過切削過程把能量輸給振動系統(tǒng)，使機床系統(tǒng)產(chǎn)生振動運動,。

（2）自激振動的頻率接近于系統(tǒng)的某一固有頻率,，或者說，顫振頻率取決于振動系統(tǒng)的固有特性,。這一點與強迫振動根本不同,，強迫振動的頻率取決于外界干擾力的頻率。
（3）自由振動受阻尼作用將迅速衰減,，而自激振動卻不因有阻尼存在而衰減為零

自激振動幅值的增大或減小,，決定于每一振動周期中振動系統(tǒng)所獲得的能量與所消耗的能量之差的正負(fù)號。由圖知,，在一個振動周期內(nèi),，若振動系統(tǒng)獲得的能量ER等于系統(tǒng)消耗的能量EZ，則自激振動是以O(shè)B為振幅的穩(wěn)定的等幅振動,。當(dāng)振幅為OA時,，振動系統(tǒng)每一振動周期從電動機獲得的能量ER大于振動所消耗的能量EZ，則振幅將不斷增大,，直至增大到振幅OB時為止；反之,，當(dāng)振幅為OC時,，振動系統(tǒng)每一振動周期從電動機獲得的能量ER小于振動所消耗的能量EZ，則振幅會不斷減小,，直至減小到振幅OB時為止,。
（二）機床加工過程中產(chǎn)生自激振動的條件

如果在一個振動周期內(nèi)，振動系統(tǒng)從電動機獲得的能量大于振動系統(tǒng)對外界做功所消耗的能量,，若兩者之差剛好能克服振動時阻尼所消耗的能量,，則振動系統(tǒng)將有等幅振動運動產(chǎn)生。

圖中是一個單自由度振動系統(tǒng)模型,，振動系統(tǒng)與刀架系統(tǒng)相連,，且只在y方向振動,。為分析問題簡便起見，暫不考慮系統(tǒng)阻尼的作用,。分析可知,，在刀架振動系統(tǒng)振入工件的半個周期內(nèi)，它的振動位移y振入與徑向切削力Fy振入方向相反,，切削力作負(fù)功（相當(dāng)于刀架振動系統(tǒng)將已被壓縮的彈簧k經(jīng)振入運動而將所積蓄的部分能量釋放出來）,；而在刀架振動系統(tǒng)振出工件的半個周期內(nèi)，它的振動位移y振出與徑向切削力Fy振出方向相同,，切削力作正功（相當(dāng)于刀架振動系統(tǒng)通過振出運動使彈簧k壓縮而獲得能量）,。只有正功大于負(fù)功，或者說只有系統(tǒng)獲得的能量大于系統(tǒng)對外界釋放的能量,，系統(tǒng)才有可能維持自激振動,。若用E吸收表示前者，E消耗表示后者,，則產(chǎn)生自激振動的條件可表示為:

E吸收>E消耗,。

（三）機械加工過程中自激振動的激振機理

1.振紋再生原理

在金屬切削過程中，除極少數(shù)情況外,，刀具總是部分地或完全地在帶有波紋的表面上進行切削的,。

首先來研究車刀作徑向切削的情況，此時車刀只作橫向進給,，車刀將完全地在工件前一轉(zhuǎn)切削時留下的波紋表面上進行切削,，如下圖示。假定切削過程受到一個瞬時的偶然擾動力Fd的作用,，如右下圖示,，刀具與工件便會發(fā)生相對運動（自由振動），它的幅值將因系統(tǒng)阻尼的存在而逐漸衰減,，但該振動會在已加工表面上留下一段振紋,。此時切削厚度將發(fā)生波動，因而產(chǎn)生了交變的動態(tài)切削力,。如果機床加工系統(tǒng)滿足產(chǎn)生自激振動的條件,，振動便會進一步發(fā)展到圖d示的持續(xù)的顫振狀態(tài)。我們將這種由于切削厚度變化效應(yīng)而引起的自激振動稱為再生型顫振,。

2.振型耦合原理
三,、控制機械加工振動的途徑