CH5++机械加工表面质量.ppt

如图所示为单自由度机械加工振动模型。设工件系统为绝对刚体，振动系统与刀架相连，且只在y方向作单自由度振动。 在背向力Fp作用下，刀具作切入、切出运动（振动）。 刀架振动系统同时还有F弹作用在它上面。y越大，F弹也越大，当Fp=F弹时，刀架的振动停止。 产生自激振动的条件 5.5.3 机械加工中的自激振动及其控制措施 5.5 机械加工中的振动及其控制措施 对上述振动系统而言，背向力Fp是外力，Fp对振动系统作功如图所示。 刀具切入，其运动方向与背向力方向相反，作负功；即振动系统要消耗能量W振入； 刀具切出，其运动方向与背向力方向相同，作正功；即振动系统要吸收能量W振出； 产生自激振动的条件 5.5.3 机械加工中的自激振动及其控制措施 5.5 机械加工中的振动及其控制措施 （1）当W振出W振入时，由于刀架振动系统吸收的能量小于消耗的能量，故不会产生自激振动。 （2）当W振出=W振入时，因实际机械加工系统中存在阻尼，刀架系统在振入过程中，为克服阻尼还需消耗能量W摩阻（振入），故刀架振动系统每振动一次，刀架系统便会损失一部分能量。因此，刀架系统也不会有自激振动产生。 （3）当W振出W振入时，刀架振动系统将有持续的自激振动产生。 产生自激振动的条件 5.5.3 机械加工中的自激振动及其控制措施 5.5 机械加工中的振动及其控制措施 ① W振出=W振入+ W摩阻（振入）时，系统有稳幅的自激振动； ② W振出＞W振入+ W摩阻（振入）时，系统为振幅递增的自激 振动，至一定程度，系统有稳幅的自激振动； ③ W振出＜ W振入+ W摩阻（振入）时，系统为振幅递减的自激 振动，至一定程度，系统有稳幅的自激振动； 故振动系统产生自激振动的基本条件是： W振出W振入 或 FP振出FP振入 产生自激振动的条件 5.5.3 机械加工中的自激振动及其控制措施 5.5 机械加工中的振动及其控制措施 1、再生颤振原理 如图所示，车刀只做横向进给。 在稳定的切削过程中，刀架系统因材料的硬点，加工余量不均匀，或其它原因的冲击等，受到偶然的扰动。刀架系统因此产生了一次自由振动，并在被加工表面留下相应的振纹。 当工件转过一转后，刀具要在留有振纹的表面上切削，因切削厚度发生了变化，所以引起了切削力周期性的变化，产生动态切削力。 将这种由于切削厚度的变化而引起的自激振动，称为 “再生颤振”。 5.5.3 机械加工中的自激振动及其控制措施 5.5 机械加工中的振动及其控制措施 切削模型： y0表示前次切削的表面 y表示后次切削的表面 刀具切入工件时，切削力做正功，切出工件时做负功。 2、再生颤振产生的条件 5.5.3 机械加工中的自激振动及其控制措施 5.5 机械加工中的振动及其控制措施 图a)：y比y0超前一个相位角Φ，使刀具在切入工件的半个周期中平均切削厚度比切出时大，平均切削力也大，切削力对系统做的正功小于负功，正功＜负功，振动消失。 图b): y与y0同相位角，Φ=0,正功=负功，不产生自激振动。 图c): y比y0滞后一个相位角Φ，正功＞负功，有能量输入系统补偿阻尼对能量的消耗，产生自激振动。 2、再生颤振产生的条件 5.5.3 机械加工中的自激振动及其控制措施 5.5 机械加工中的振动及其控制措施 2、再生颤振产生的条件 结论：在再生颤振中，只有当后一转的振纹的相位滞后于前一转振纹时才有可能产生再生颤振。 5.5.3 机械加工中的自激振动及其控制措施 5.5 机械加工中的振动及其控制措施 一般 0＜μ＜1，径向切入μ=1（切槽、钻、端铣等） 横向切削0＜μ＜1 车方牙螺纹， μ=0，无重迭切削，不可能发生再生颤振。 重迭系数越大，由前一次波纹激发的动态力影响越大。 重迭系数：前一次切削工件表面形成的波纹面宽度在相继的后一次切削的有效宽度中所占的比例，用μ表示。 μ =( B - f ) / B B—切削宽度， f —进给量。 3、重迭系数对再生颤振的影响 5.5.3 机械加工中的自激振动及其控制措施 5.5 机械加工中的振动及其控制措施 当纵车方牙螺纹的外圆表面如图所示，刀具并未发生重叠切削，若按再生颤振原理，则不应该产生颤振。但在实际加工中，当切削深度达到一定值时，仍会发生颤振，这可以用振型耦合原理来解释。 振型耦合颤振原理 工件 刀具 f 纵车方牙螺纹外表面 5.5.3 机械加工中的自激振动及其控制措施 5.5 机械加工中的振动及其控制措施 两个自由度的耦合振动模型 两个自由度振型耦合颤振动力学模型：设 刀具等效质量为 m