§5.5机械加工过程中振动的基本概念课案.pptx

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§5.5 机械加工过程中振动的基本概念 机械加工过程中的强迫振动 振动的分类 本节内容: 机械加工过程中的自激振动(颤振) 控制机械加工振动的途径 机械加工中振动的危害——使刀具与工件之间产生相对位移,严重破坏了两者间正常的运动轨迹,恶化了加工表面,缩短了刀具和机床的使用寿命,甚至当振动严重时会使加工无法进行。常常为避免振动,不得不降低切削用量,从而降低了生产率。同时,振动还会产生刺耳的噪声,污染了环境,使劳动者容易疲劳,身心受到伤害,工作效率降低。 5.5.1 振动的分类 按工艺系统振动的性质分类: 自由振动——工艺系统所受初始干扰力或原有干扰力取消后产生的振动; 强迫振动——工艺系统在外部激振力作用下产生的振动; 自激振动——工艺系统在输入输出之间有反馈特性,并有能源补充而产生的振动,在机械加工中也称为“颤振”。 按工艺系统的自由度数量分类: 单自由度系统的振动——用一个独立坐标就可确定系统的的振动; 多自由度系统的振动——用多个独立坐标才能确定系统的的振动。二自由度系统是多自由度系统最简单的形式。 5.5.2 机械加工过程中的强迫振动 (1)机械加工过程中的强迫振动 来自机床外部的振源:主要是通过地基传给机床的,可通过加设隔振地基来隔离。 来自机床内部的振源: 机床高速旋转件不平衡; 机床传动机构缺陷; 切削过程中的冲击; 往复运动部件的惯性力。 (2)机械加工过程中强迫振源的查找方法 由强迫迫振动的特征可知,强迫振动的频率总是与干扰力的频率相等或是它的数倍,可根据这个规律去查找强迫振动的振源。 查找方法: 第一步:可对在加工现场拾取的振动信号(如图a)进行频谱分析,以确定强迫振动的频率成分(如图b中的f1、f2); 第二步:对机床加工中所有可能出现的强迫振动源频率进行估算,列出振源频率数据表备查; 第三步:将经过频谱分析得到的强迫振动的频率与振源频率数据表进行比较,找出产生强迫振动的振源; 第四步:通过试验来验证上面所找出振源是否正确。 振动信号的时间历程图和频谱图 空运转试验是寻找机内强迫振源的一种简单而有效的方法: 首先使机床处于工件加工前的静止状态; 然后在不进行切削的前提下,先后逐次开动机床所有的运动部件,同时测量机床各有关部件的振动位移 列表记录这些振动位移数据,观察并分析这些数据的变化,即可找出强迫振源。 5.5.3 机械加工过程中的自激振动(颤振) (1)机械加工过程中的自激振动 机械加工过程中的自激振动是在没有周期性外力(相对于切削过程而言)干扰下所产生的振动,这一点与强迫振动有原则区别。 激发自激振动的交变力是怎么产生的? 其由切削过程产生,而切削过程同时又受机床系统振动的影响,机床系统的振动运动一旦停止,交变切削力也就随之消失。如果切削过程很平稳,即使系统存在产生自激振动的条件,也因切削过程中没有交变切削力,而使自激振动不会产生。 在实际加工过程中,偶然性的外界干扰(如材料应度不均、加工余量有变化等)总是存在的,其产生的切削力的变化,作用在机床系统上,就会使系统产生振动运动。 该振动运动又将引起工件与刀具间的相对位置发生周期性的变化,导致切削过程产生维持振动运动的交变切削力。 如果系统不存在产生自激振动的条件,由偶然性外界干扰引发的强迫振动将因系统存在阻尼而逐渐衰减; 如果工艺系统存在产生自激振动的条件,就可能会使机床加工系统产生持续的振动运动。 维持自激振动的能量来自机床电动机,电动机除了供给切除切屑的能量外,还通过切削过程把能量输出给振动系统,使机床系统产生振动运动。 激振动的频率接近于系统的某一固有频率,或者说,颤振频率取决于振动系统的固有特性。这一点与强迫振动根本不同。 自由振动受阻尼作用将迅速衰减,而自激振动却不因有阻尼存在而衰减为零。 自激振动幅值的增大和减小,决定于每一振动周期中振动系统所获得的能量与所消耗的能量之差的正负号。 (2)机械加工过程中产生自激振动的条件 如果在一个振动周期内,振动系统从电动机获得的能量大于振动系统对外界做功所消耗的能量,若两者之差刚好能克服振动时阻尼所消耗的能量,则振动系统将有等幅振动运动产生。 5.5.4 控制机械加工振动的途径 当机械加工中出现影响加工质量的振动时,首先应该判别这种振动时强迫振动还是自激振动,然后再采取相应措施来消除或减小振动。 (1)消除或减弱产生振动的条件 消除或减弱产生强迫振动的条件 消除或减弱产生自激振动的条件 消除机内外干扰力 调整振源频率 采取隔振措施 减小重叠系数 减小切削刚度 增加切削阻尼 (2)改善工艺系统的动态性能 提高工艺系统的刚度 增大工艺系统的阻尼 提高工艺系统薄弱环节的刚度,可

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