11 机械制造技术基础（3D） 第11章 机械加工表面质量 教学资料-.ppt

三、 减小强迫振动的措施 减小激振力 调整振源频率 提高工艺系统的刚度 和阻尼 采取隔振措施 采用减振装置。 3、振动系统的动刚度 当系统在周期性动载荷作用下，交变力的幅值与振幅（动态位移）之比称为系统的动刚度。即： 静刚度k=F/A0是工艺系统本身的属性，在线性范围内，可以认为它与外载荷无关，动刚度kd除与k成正比外，还与系统阻尼、频率比ζ有关。静刚度影响工件的几何形状及尺寸精度，动刚度影响工件的表面粗糙度。 三、机械加工中的自激振动与控制 1．自激振动的产生及特征 在实际加工过程中，由于偶然的外界干扰（如工件材料硬度不均、加工余量有变化等），会使切削力发生变化，从而使工艺系统产生自由振动。系统的振动必然会引起工件、刀具间的相对位置发生周期性变化，这一变化若又引起切削力的波动，则使工艺系统产生振动。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。 图 自激振动系统的组成 （2）自激振动的特征 自激振动 特点 不衰减的振动 它由振动过程本身引起 切削力周期性变化，从 不具备交变特性的能源 中周期获得能量，使振 动得以维持。 自激振动由振动系统本 身参数决定，与强迫振 动显著不同。自由振动 受阻尼作用将迅速衰减， 而自激振动不会因阻尼 存在而衰减。 自激振动的频率接近于系统 的固有频率，即颤振频率取 决于振动系统的固有特性。 这与自由振动相似，而与强 迫振动根本不同 E A1 A0 A2 A E- E+ f自=f固 取决于一周期获得的能量 取决于切削过程本身 如图2a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。 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2b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； 2．产生自激振动的条件 图2 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 （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。 三种情况： 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 2．产生自激振动的学说 （1） 再生颤振 1）再生颤振原理 如图3a)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”。 图3 自由正交切削时再生颤振的产生 2）再生颤振产生的条件 图4表示了四种情况。图中实线表示前一转切削的工件表面振纹，虚线表示后一转切削的表面。 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。 a）前后两转的振纹没有相位差（ψ=0）图4a b）前后两转的振纹相位差为ψ=π图4b c）后一转的振纹相位超前，0ψπ图4c d）后一转的振纹相位滞后，即0ψ -π图4d 图4 再生颤振时振纹相位角与平均切削厚度的关系 a）