振动问题.ppt

关于刀具振动问题 自激振动(颤振)的影响 表面粗糙度差 形成锥形孔 精度降低 产量受限制 废品增加 自激振动的产生及特征 产生自激振动的条件 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b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； 自激振动再生机理 三种情况： 车床刀架振型耦合模型 控制自激振动的途径 最大直径-增加刚度 最短悬伸-增加刚度 例: 直径25.4mm钢刀杆 悬臂 长径比 刚度 100mm 4/1 标准刚度 75mm 3/1 2.4 倍 刚度 50mm 2/1 8倍刚度 25 mm 1/1 64倍刚度 镗杆结构-增加刚度/阻尼 钢 4/1 重金属 4/1 到 6/1 钢/减振器 6/1 硬质合金 6/1 硬质合金/减振器 8/1 标准可调镗杆 6/1 到 10/1 特殊可调镗杆 超过 10/1 夹紧方式-增加刚度 阶梯状镗杆-增加刚度 减振镗杆-增加阻尼 组合式镗杆-增加阻尼 椭圆镗杆-增加刚度，改变振型 改变支承方式-减少切削力/增加阻尼/改变振型 平衡切削-减少切削力 消振棱 加工稳定性耳垂图 降低刀具切削力 正前角刀具几何形状 最小的余偏角 尽可能小的刀尖半径 减少切深 降低进给量 在一些特殊的加工中,.比如酒瓶模具,镗杆可能向逐步向刀头部分缩小 镗杆后端直径较大 在挠度最大的地方提高刚性. 直径较小 减少镗杆前端的重量 提高固有频率 使镗杆能够进入直径小的孔. 机械加工中振动的种类及其主要特点 机械加工振动 自激振动 自由振动 强迫振动 当系统受到初始干扰力激励破 坏了其平衡状态后，系统仅靠 弹性恢复力来维持的振动称为 自由振动。由于总存在阻尼， 自由振动将逐渐衰减。(占5%) 系统在周期性激振力(干扰力)持 续作用下产生的振动，称为强迫 振动。强迫振动的稳态过程是谐 振动，只要有激振力存在振动系 统就不会被阻尼衰减掉。 (占35%) 在没有周期性干扰力作用的情 况下，由振动系统本身产生的 交变力所激发和维持的振动， 称为自激振动。切削过程中产 生的自激振动也称为颤振。 自激振动的频率接近于系统 的固有频率 (占65%) 偶然的外界干扰会使切削力发生变化 如工件材料硬度不均 加工余量有变化 从而使工艺系统产生自由振动 因此通常将自激振动看成是由振动系统（工艺系统）和调节系统（切削过程）两个环节组成的一个闭环系统，如图所示。 激励工艺系统产生振动运动的交变力是由切削过程本身产生的，而切削过程同时又受工艺系统的振动的控制，工艺系统的振动一旦停止，动态切削力也就随之消失。 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。 单自由度机械加工振动模型 a） 振动模型 b） 力与位移的关系图 切削过程，由于偶然干扰，使加工系统产生振动并在加工表面上留下振纹。第二次走刀时，刀具将在有振纹的表面上切削，使切削厚度发生变化，导致切削力周期性地变化，产生自激振动 再生自激振动原理图 f 切入 切出 y0 y a） b） φ y0 y 切入 切出 f c） φ f y0 y 切入 切出 d） 切入 切出 f y0 y φ 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。 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。 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。 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 F m a b c d x1 x1 x2 x2 β k2 k1 α1 α2 X 抑制自激振动途径 Vc=30～70m/min→自振↑ f↓→自振↑；保证Ra时→f ap↓→自振↑ 避免耳垂区的参数 提高机床抗振性 提高刀具抗振性 （采用消振刀具） 提高工件安装刚性 根据振型耦合原理，工艺系统 的振动还受到各振型的刚度比 及其组