機(jī)械加工過(guò)程中的振動(dòng)-教學(xué)講座課件.ppt

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1、第四節(jié)機(jī)械加工過(guò)程中的振動(dòng)機(jī)械加工過(guò)程中的強(qiáng)迫振動(dòng)機(jī)械加工過(guò)程中的自激振動(dòng)一、機(jī)械加工過(guò)程中的強(qiáng)迫振動(dòng)機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動(dòng)是由于外界（相對(duì)于切削過(guò)程而言）周期性干擾力的作用而引起的振動(dòng)。（一）強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因強(qiáng)迫振動(dòng)的振源有來(lái)自機(jī)床內(nèi)部的稱(chēng)為機(jī)內(nèi)振源，也有來(lái)自機(jī)床外部的，稱(chēng)為機(jī)外振源。機(jī)外振源甚多，但它們都是通過(guò)地基傳給機(jī)床的，可以通過(guò)加設(shè)隔振地基加以消除。機(jī)內(nèi)振源主要有機(jī)床旋轉(zhuǎn)件的不平衡、機(jī)床傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺陷、往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件的慣性力以及切削過(guò)程中的沖擊等。（二）強(qiáng)迫振動(dòng)的特征機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動(dòng)與一般機(jī)械振動(dòng)中的強(qiáng)迫振動(dòng)沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別：在機(jī)械加工中產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動(dòng)，其振動(dòng)頻率與干擾力的頻

2、率相同，或是干擾力頻率的整數(shù)倍。強(qiáng)迫振動(dòng)的幅值既與干擾力的幅值有關(guān)，又與工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性有關(guān)：）在干擾力源頻率不變的情況下，干擾力的幅值越大，強(qiáng)迫振動(dòng)的幅值將隨之增大。）工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性對(duì)強(qiáng)迫振動(dòng)的幅值影響極大。）如果干擾力的頻率遠(yuǎn)離了工藝系統(tǒng)各階模態(tài)的固有頻率，則強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)將處于機(jī)床動(dòng)態(tài)響應(yīng)的衰減區(qū)，振動(dòng)幅值很??；）當(dāng)干擾力頻率接近工藝系統(tǒng)某一固有頻率時(shí)，強(qiáng)迫振動(dòng)的幅值將明顯增大；）若干擾力頻率與工藝系統(tǒng)某一固有頻率相同，系統(tǒng)將產(chǎn)生共振。如工藝系統(tǒng)阻尼較小，則共振振幅將十分大。二、機(jī)械加工中的自激振動(dòng)（顫振）（一）概述機(jī)械加工過(guò)程中，在沒(méi)有周期性外力（相對(duì)于切削過(guò)程而言）作用下，

3、由系統(tǒng)內(nèi)部激發(fā)反饋產(chǎn)生的周期性振動(dòng)，稱(chēng)為自激振動(dòng)，簡(jiǎn)稱(chēng)為顫振。自激振動(dòng)產(chǎn)生的原理在實(shí)際加工過(guò)程中，偶然性的外界干擾（如工件材料硬度不均、加工余量有變化等）總是存在的，這種偶然性外界干擾所產(chǎn)生的切削力的變化，作用在機(jī)床系統(tǒng)上，會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)將引起工件、刀具間的相對(duì)位置發(fā)生周期性變化，使切削過(guò)程產(chǎn)生維持振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)切削力。如果工藝系統(tǒng)不存在產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件，這種偶然性的外界干擾將因工藝系統(tǒng)存在阻尼而使振動(dòng)運(yùn)動(dòng)逐漸衰減；如果工藝系統(tǒng)存在產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件，就會(huì)使機(jī)床加工系統(tǒng)產(chǎn)生持續(xù)的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。維持自激振動(dòng)的能量來(lái)自電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)通過(guò)動(dòng)態(tài)切削過(guò)程把能量輸給振動(dòng)系統(tǒng)，以維

4、持振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。與強(qiáng)迫振動(dòng)相比，自激振動(dòng)具有以下特征：機(jī)械加工中的自激振動(dòng)是在沒(méi)有外力（相對(duì)于切削過(guò)程而言）干擾下所產(chǎn)生的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，這與強(qiáng)迫振動(dòng)有本質(zhì)的區(qū)別；與自由振動(dòng)相比，雖然自激振動(dòng)的頻率接近于系統(tǒng)的固有頻率，這就是說(shuō)顫振頻率取決于振動(dòng)系統(tǒng)的固有特性，這與自由振動(dòng)相似（但不相同），但自由振動(dòng)受阻尼作用將迅速衰減，而自激振動(dòng)卻不因有阻尼存在而衰減。二、產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件．自激振動(dòng)實(shí)例．產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件在振出過(guò)程中，切削力凡對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)作功，振動(dòng)系統(tǒng)則從切削過(guò)程中吸收一部分能量（振出），貯存在振動(dòng)系統(tǒng)中。刀架的振入運(yùn)動(dòng)則是在彈性恢復(fù)力彈作用下產(chǎn)生的，振入運(yùn)動(dòng)與切削力方向相反，振動(dòng)系統(tǒng)對(duì)切削過(guò)

5、程作功，即振動(dòng)系統(tǒng)要消耗能量（振入）。當(dāng)振出<振入時(shí)，由于振動(dòng)系統(tǒng)吸收的能量小于消耗的能量，故不會(huì)有自激振動(dòng)產(chǎn)生，加工系統(tǒng)是穩(wěn)定的。。當(dāng)振出振入時(shí)，由于在實(shí)際機(jī)械加工系統(tǒng)中必然存在阻尼，系統(tǒng)在振入過(guò)程中為克服阻尼尚需消耗能量摩阻（振入）。由此可知，在每一個(gè)振動(dòng)周期中，振動(dòng)系統(tǒng)從外界獲得的能量Δ振出（振入摩阻（振入））若振出振入，則Δ<，即振動(dòng)系統(tǒng)每振動(dòng)一次，系統(tǒng)便會(huì)損失一部分能量。因此，系統(tǒng)也不會(huì)有自激振動(dòng)產(chǎn)生，加工系統(tǒng)仍是穩(wěn)定的。當(dāng)振出>振入時(shí)，加工系統(tǒng)將有持續(xù)的自激振動(dòng)產(chǎn)生，加工系統(tǒng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)振出與振入的差值大小又可分為以下三種情況：）振出振入摩阻（振入），加工系統(tǒng)有穩(wěn)幅自

6、激振動(dòng)產(chǎn)生。）振出>振入摩阻（振入），加工系統(tǒng)將出現(xiàn)振幅遞增的自激振動(dòng)，待振幅增至一定程度出現(xiàn)新的能量平衡‘振出’振入‘摩阻（振入）時(shí)，加工系統(tǒng)才會(huì)有穩(wěn)幅自激振動(dòng)產(chǎn)生。）振出<振入摩阻（振入），加工系統(tǒng)將出現(xiàn)振幅遞減的自激振動(dòng)，待振幅減至一定程度出現(xiàn)新的能量平衡"振出"振入"摩阻（振入）時(shí)，加工系統(tǒng)才會(huì)有穩(wěn)幅自激振動(dòng)產(chǎn)生。綜上所述，加工系統(tǒng)產(chǎn)生自激振動(dòng)的基本條件為振出>振入，在力與位移的關(guān)系圖中，要求振出過(guò)程曲線應(yīng)在振入過(guò)程曲線的上部，如圖所示。（三）自激振動(dòng)的激振機(jī)理對(duì)于自激振動(dòng)的激振機(jī)理，許多學(xué)者曾提出過(guò)許多不同的學(xué)說(shuō)，比較公認(rèn)的有再生原理、振型耦合原理、負(fù)摩擦原理和滯后原理。．再生

7、原理在金屬切削過(guò)程中，除極少數(shù)情況外，刀具總是完全地或部分地在帶有波紋的表面上進(jìn)行切削的。首先來(lái)研究車(chē)刀作自由正交切削的情況，此時(shí)，車(chē)刀只做橫向進(jìn)給，車(chē)刀將完全地在前一轉(zhuǎn)切削時(shí)留下的波紋表面上進(jìn)行切削，如圖所示。假定切削過(guò)程受到一個(gè)瞬時(shí)的偶然性擾動(dòng)，刀具與工件便發(fā)生相對(duì)振動(dòng)（自由振動(dòng)），振動(dòng)的幅值將因有阻尼存在而逐漸衰減。但此時(shí)會(huì)在加工表面上留下一段振紋，如圖所示。當(dāng)工件轉(zhuǎn)過(guò)一轉(zhuǎn)后，刀具要在留有振紋的表面上進(jìn)行切削（圖），切削厚度將