機(jī)械加工過(guò)程中的振動(dòng)培訓(xùn)講學(xué).ppt

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1、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)4.6機(jī)械加工過(guò)程中的振動(dòng)VibrationsinmachiningProcess第4章機(jī)械加工質(zhì)量MachiningQuality14.6.1概述機(jī)械加工過(guò)程中振動(dòng)的危害影響加工表面粗糙度,振動(dòng)頻率較低時(shí)會(huì)產(chǎn)生波度影響生產(chǎn)效率加速刀具壽命,易引起崩刃影響機(jī)床、夾具的使用壽命產(chǎn)生噪聲污染,危害操作者健康工藝系統(tǒng)受到初始干擾力而破壞了其平衡狀態(tài)后,系統(tǒng)僅靠彈性恢復(fù)力來(lái)維持的振動(dòng)稱為自由振動(dòng)。由于系統(tǒng)中總存在由阻尼,自由振動(dòng)將逐漸衰弱,對(duì)加工影響不大。機(jī)械加工過(guò)程中振動(dòng)的類型自由振動(dòng)自由振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)自激振動(dòng)24.6.2機(jī)械加工過(guò)程中強(qiáng)迫振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生原因由外界周期性的干

2、擾力(激振力)作用引起強(qiáng)迫振動(dòng)振源:機(jī)外+機(jī)內(nèi)。機(jī)外振源均通過(guò)地基把振動(dòng)傳給機(jī)床。機(jī)內(nèi):1)回轉(zhuǎn)零部件質(zhì)量的不平衡2)機(jī)床傳動(dòng)件的制造誤差和缺陷3)切削過(guò)程中的沖擊頻率特征:與干擾力的頻率相同,或是干擾力頻率整倍數(shù)幅值特征:與干擾力幅值、工藝系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性有關(guān)。當(dāng)干擾力頻率接近或等于工藝系統(tǒng)某一固有頻率時(shí),產(chǎn)生共振相角特征:強(qiáng)迫振動(dòng)位移的變化在相位上滯后干擾力一個(gè)φ角,其值與系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性及干擾力頻率有關(guān)。強(qiáng)迫振動(dòng)的特征34.6.3機(jī)械加工過(guò)程中自激振動(dòng)自激振動(dòng)的概念在沒(méi)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(dòng)自激振動(dòng)過(guò)程可用傳遞函數(shù)概念說(shuō)明自激振動(dòng)是一種不衰減振動(dòng)自激振

3、動(dòng)的頻率等于或接近于系統(tǒng)的固有頻率自激振動(dòng)能否產(chǎn)生及振幅的大小取決于振動(dòng)系統(tǒng)在每一個(gè)周期內(nèi)獲得和消耗的能量對(duì)比情況。自激振動(dòng)系統(tǒng)能量關(guān)系A(chǔ)BC能量EQE-E+0振幅電動(dòng)機(jī)(能源)交變切削力F(t)振動(dòng)位移X(t)自激振動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng)機(jī)床振動(dòng)系統(tǒng)(彈性環(huán)節(jié))調(diào)節(jié)系統(tǒng)(切削過(guò)程)自激振動(dòng)的特征4◆再生機(jī)理:切削過(guò)程,由于偶然干擾,使加工系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)并在加工表面上留下振紋。第二次走刀時(shí),刀具將在有振紋的表面上切削,使切削厚度發(fā)生變化,導(dǎo)致切削力周期性地變化,產(chǎn)生自激振動(dòng)。自激振動(dòng)機(jī)理再生自激振動(dòng)原理圖f切入切出y0ya)b)φy0y切入切出fc)φf(shuō)y0y切入切出d)切入切出fy0yφ◆產(chǎn)生條

4、件:a)b)c)系統(tǒng)無(wú)能量獲得;d)y滯后于y0,即0>φ>-π,此時(shí)切出比切入半周期中的平均切削厚度大,切出時(shí)切削力所作正功(獲得能量)大于切入時(shí)所作負(fù)功,系統(tǒng)有能量獲得,產(chǎn)生自激振動(dòng)4.6.3機(jī)械加工過(guò)程中自激振動(dòng)5◆振型耦合機(jī)理:將車床刀架簡(jiǎn)化為兩自由度振動(dòng)系統(tǒng),等效質(zhì)量m用相互垂直的等效剛度分別為k1、k2兩組彈簧支撐(設(shè)x1為低剛度主軸,圖4-66)圖4-66車床刀架振型耦合模型◆自激振動(dòng)的產(chǎn)生:①k1=k2,x1與x2無(wú)相位差,軌跡為直線,無(wú)能量輸入4.6.3機(jī)械加工過(guò)程中自激振動(dòng)②k1>k2,x1超前x2,軌跡d→c→b→a為一橢圓,切入半周期內(nèi)的平均切削厚度比切出半周

5、期內(nèi)的大,系統(tǒng)無(wú)能量輸入③k1<k2,x1滯后于x2,軌跡為一順時(shí)針?lè)较驒E圓,即:a→b→c→d。此時(shí),切入半周期內(nèi)的平均切削厚度比切出半周期內(nèi)的小,有能量獲得,振動(dòng)能夠維持。64.6.4機(jī)械加工中振動(dòng)的防治減小機(jī)內(nèi)干擾力的幅值調(diào)整振源的頻率,一般要求:◆調(diào)整振動(dòng)系統(tǒng)小剛度主軸的位置(圖4-76)消除或減弱產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)的條件式中f和fn分別為振源頻率和系統(tǒng)固有頻率隔振βx2x2x1x1x1x1x2x2圖4-76兩種尾座結(jié)構(gòu)消除或減弱產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件(4-33)74.6.4機(jī)械加工中振動(dòng)的防治◆減小切削或磨削時(shí)的重疊系數(shù)(圖4-67)式中bd——等效切削寬度,即本次切削實(shí)際切到上次切

6、削殘留振紋在垂直于振動(dòng)方向投影寬度;b——本次切削在垂直于振動(dòng)方向上的切削寬度;B,fa——砂輪寬度與軸向進(jìn)給量。圖4-67重疊系數(shù)apfaB振動(dòng)方向XDfbbda)切削b)磨削κrκr,(4-34)8減小重疊系數(shù)方法圖4-69車刀消振棱0.1~0.3-5°~-20°2°~3°◆增加切削阻尼(例采用倒棱車刀,圖4-78)增加主偏角增大進(jìn)給量4.6.4機(jī)械加工中振動(dòng)的防治9◆提高工藝系統(tǒng)剛度◆增大工藝系統(tǒng)阻尼改善工藝系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性4.6.4機(jī)械加工中振動(dòng)的防治阻尼材料鑄鐵環(huán)鑄鐵套筒圖4-71零件上加阻尼材料10圖4-72摩擦式減振器1—飛輪2—摩擦盤3—摩擦墊4—螺母5—彈簧動(dòng)力減振器摩

7、擦式減振器(圖4-72)沖擊式減振器(圖4-73)4.6.4機(jī)械加工中振動(dòng)的防治采用減振裝置圖4-73沖擊式減振鏜刀與減振鏜桿1—沖擊塊2—緊定螺釘a)減振鏜刀b)減振鏜桿δδ11

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