3、機(jī)械加工中的振動分類及抑制

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1、機(jī)械加工中的振動分類及抑制一、振動對機(jī)械加工的影響1、振動會在工件加工表面出現(xiàn)振紋，降低了工件的加工精度和表面質(zhì)量；2、振動使刀具受到附加動載荷，加速刀具磨損，有時甚至崩刃；3、振動使機(jī)床、夾具等的連接部分松動，從而增大間隙，降低剛度和精度，縮短使用壽命，嚴(yán)重時甚至使切削加工無法繼續(xù)進(jìn)行；4、強(qiáng)烈的振動及伴隨而來的噪聲，還會污染環(huán)境，危害操作者的身心健康。為減小加工過程中的振動，有時不得不降低切削用量，使機(jī)械加工生產(chǎn)率降低。二、機(jī)械加工中振動的種類1、自由振動當(dāng)系統(tǒng)受到初始干擾力激勵破壞了其平衡狀態(tài)后，系統(tǒng)僅靠彈性恢復(fù)力來維持的振動稱為自由振動。由于總存在阻尼，自由振動將逐漸衰減，如圖a所示(

2、占5%)。2、強(qiáng)迫振動系統(tǒng)在周期性激振力(干擾力)持續(xù)作用下產(chǎn)生的振動，稱為強(qiáng)迫振動。強(qiáng)迫振動的穩(wěn)態(tài)過程是諧振動，只要有激振力存在振動系統(tǒng)就不會被阻尼衰減掉。如圖b所示。(占35%)3、自激振動在沒有周期性干擾力作用的情況下，由振動系統(tǒng)本身產(chǎn)生的交變力所激發(fā)和維持的振動，稱為自激振動。切削過程中產(chǎn)生的自激振動也稱為顫振。(占65%)三、機(jī)械加工中振動的產(chǎn)生、特征及抑制1、自由振動由于工藝系統(tǒng)受一些偶然因素的作用(如外界傳來的沖擊力；機(jī)床傳動系統(tǒng)中產(chǎn)生的非周期性沖擊力；加工材料的局部硬點等引起的沖擊力等)，系統(tǒng)的平衡被破壞，只靠其彈性恢復(fù)力來維持的振動屬于自由振動。振動的頻率就是系統(tǒng)的固有頻率。

3、由于工藝系統(tǒng)的阻尼作用，這類振動會很快衰減。2、強(qiáng)迫振動產(chǎn)生：強(qiáng)迫振動的振源有來自于機(jī)床內(nèi)部的機(jī)內(nèi)振源和來自機(jī)床外部的機(jī)外振源。①機(jī)床上回轉(zhuǎn)件不平衡所引起的周期性變化的離心力。如由于電機(jī)或卡盤、皮帶輪回轉(zhuǎn)不平衡引起的。②機(jī)床傳動零件缺陷所引起的周期性變化的傳動力。如因刀架、主軸軸承、拖板塞鐵等機(jī)床部件松動或齒輪、軸承等傳動零件的制作誤差而引起的周期性振動。③切削過程本身不均勻性所引起的周期性變化的切削力。如車削多邊形或表面不平的工件及在車床上加工外形不規(guī)則的毛坯工件。④往復(fù)運動部件運動方向改變時產(chǎn)生的慣性沖擊。如平面磨削過程的方向改變或瞬時改變機(jī)床的回轉(zhuǎn)方向。⑤由外界其他振源傳來的干擾力。在鍛

4、造車間附近，因空氣錘的振動引起其他機(jī)床的強(qiáng)迫振動，甚至共振。特征：1）強(qiáng)迫振動是由周期性激振力引起的，不會被阻尼衰減掉，振動本身也不能使激振力變化。2）不管加工系統(tǒng)本身的固有頻率多大，強(qiáng)迫振動的頻率總與外界干擾力的頻率相同或成倍數(shù)關(guān)系。3）強(qiáng)迫振動的振動頻率與外界激振力的頻率相同，而與系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)。4）強(qiáng)迫振動的幅值既與激振力的幅值有關(guān)，又與工藝系統(tǒng)的特性有關(guān)。抑制措施：受迫振動是由于外界周期性干擾力引起的，因此為了消除受迫振動，應(yīng)先找出振源，然后采取適應(yīng)的措施加以控制。（1）消除或減小內(nèi)部振源機(jī)床上的高速回轉(zhuǎn)零件必須滿足動平衡要求；提高傳動元件及傳動裝置的制造精度和裝配精度，保證傳動平

5、穩(wěn)；使動力源與機(jī)床本體分離。（2）調(diào)整振源的頻率通過改變傳動比，使可能引起強(qiáng)迫振動的振源頻率遠(yuǎn)離機(jī)機(jī)床加工系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)的固有頻率，避免產(chǎn)生共振。（3）采取隔振措施使振源產(chǎn)生的部分振動被隔振裝置所隔離或吸收。隔振方法有兩種，一種是主動隔振，阻止機(jī)內(nèi)振源通過地基外傳；另一種是被動隔振，阻止機(jī)外干擾力通過地基傳給機(jī)床。常用的隔振材料有橡皮、金屬彈簧、空氣彈簧、礦渣棉、木屑等。2．自激振動產(chǎn)生：在實際加工過程中，由于偶然的外界干擾（如工件材料硬度不均、加工余量有變化等），會使切削力發(fā)生變化，從而使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生自由振動。系統(tǒng)的振動必然會引起工件、刀具間的相對位置發(fā)生周期性變化，這一變化若又引起切削力的波

6、動，則使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生振動。因此通常將自激振動看成是由振動系統(tǒng)（工藝系統(tǒng)）和調(diào)節(jié)系統(tǒng)（切削過程）兩個環(huán)節(jié)組成的一個閉環(huán)系統(tǒng)。特征：1、它由振動過程本身引起切削力周期性變化，從不具備交變特性的能源中周期獲得能量，使振動得以維持。2、自激振動的頻率接近于系統(tǒng)的固有頻率，即顫振頻率取決于振動系統(tǒng)的固有特性。這與自由振動相似，而與強(qiáng)迫振動根本不同。3、自激振動由振動系統(tǒng)本身參數(shù)決定，與強(qiáng)迫振動顯著不同。自由振動受阻尼作用將迅速衰減，而自激振動不會因阻尼存在而衰減。抑制措施：（1）減小重疊系數(shù)：再生型顫振是由于在有波紋的表面上進(jìn)行切削引起的，如果本轉(zhuǎn)（次）切削不與前轉(zhuǎn)（次）切削振紋相重疊，就不會有再生型顫

7、振發(fā)生。重疊系數(shù)越小，就越不容易產(chǎn)生再生型顫振。重疊系數(shù)值大小取決于加工方式、刀具的幾何形狀及切削用量等。適當(dāng)增大刀具的主偏角和進(jìn)給量，均可使重疊系數(shù)減小。合理選擇切削用量、刀具參數(shù)。（2）減小切削剛度：減小切削剛度可以減小切削力，可以降低切削厚度變化效應(yīng)（再生效應(yīng)）和振型耦合效應(yīng)的作用。改善工件材料的可加工性、增大前角、增大主偏角和適當(dāng)提高進(jìn)給量等，均可使切削剛度下降。（3）合理布置振動系統(tǒng)小剛