机械制造工艺学703.pptx

第五节 机械加工中的振动及其控制措施机械制造工艺学一、机械加工中的强迫振动本节内容二、自激振动及其控制机械制造工艺学机械加工过程中振动的危害1、振动频率较高时会产生微观不平度，振动频率较 低时会产生波度，降低工件的加工精度，影响加 工表面粗糙度；2、振动使加工系统持续承受动态交变载荷作用，加 速刀具、磨具的磨损，易引起崩刃；3、振动使机床、夹具零部件的联接松动，间隙加 大，接触刚度减小，精度降低，缩短使用寿命；4、振动一旦产生，就要减小切削用量，使得机床、 刀具的性能得不到充分发挥，影响生产效率；5、产生噪声污染，危害操作者健康。机械制造工艺学机械加工过程中振动的类型强迫振动（30%）三种基本类型自激振动（65%）自由振动自由振动 工艺系统受到初始干扰力的激励而引起的振动，靠弹性恢复力来维持。由于系统中存在阻尼，自由振动将逐渐衰弱，对加工影响不大。机械制造工艺学a、有阻尼的自由振动b、强迫振动c、有阻尼的自由振动 和强迫振动的合成机械制造工艺学一、机械加工中的强迫振动 由工艺系统内部或外部周期交变激振力(干扰力)持续作用下被迫产生的振动。机床高速回转零部件的不平衡（回转零件的质量偏心产生离心力）内部振源机床传动系统制造误差和缺陷（齿轮啮合的周期性冲击、皮带接缝、轴承滚动体尺寸及形状误差、液压传动油液脉动等）（一）产生原因切削过程本身的不平衡（往复部件、断续切削时的冲击等）其他机床、锻锤、火车、卡车等通过机床地基传给机床的振动。外部振源强迫振动力学模型机械制造工艺学 下图是安装在简支梁上的电动机，以w的角速度旋转，假如电机转子不平衡而产生离心力Po ,则Po沿X 方向的分力Px（Px=Pocoswt），就是简支梁的外界周期性干扰力。在这一激振力作用下，简支梁将作不衰减的振动。★ 强迫振动的运动方程机械制造工艺学★ 内圆磨削振动系统及力学模型机械制造工艺学（二）强迫振动的主要特点1、由外界周期性干扰力引起，不 会被阻尼衰减掉，振动本身也 不能使激振力变化；2、不管系统本身固有频率如何， 强迫振动的频率总是与外界干 扰力的频率相同，或是干扰力 频率的整数倍；3、振幅大小很大程度取决于干扰 力频率与系统的固有频率的比 值，当比值等于或接近1 时， 振幅最大，称为“共振”；4、振幅大小与系统刚度、阻尼系 数、干扰力有关。一般要求：机械制造工艺学（三）减小强迫振动的措施和途径1、减小振源的激振力，调整振源频率；式中 f 和 fn 分别为振源频率和系统固有频率2、提高工艺系统刚度及增加阻尼，避开共振区；3、隔振； 主动隔振—阻止机床振动通过地基外传 被动隔振—阻止机外干扰力通过地基传给机床 常用隔振材料有橡皮、金属弹簧、空气弹簧、泡沫乳胶、软木、矿渣棉、木屑等。4、采用减振器和阻尼器。振动位移X(t)机床振动系统（弹性环节）电动机(能源)调节系统（切削过程）交变切削力F(t)自激振动闭环系统机械制造工艺学二、自激振动及其控制（一）自激振动的概念 在没有周期性外力(相对于切削过程而言)作用下，由振动系统本身产生的交变力激发和维持的振动。机械制造工艺学 机床加工系统是一个由振动系统和调节系统组成的闭环系统，激励加工系统产生振动运动的交变切削力是由切削运动本身产生的。振动系统通过该力的变化，从不具备交变特性的能源中周期性地获得补充能量，从而维持这个振动。切削运动一停止，则这种外力的周期性变化和能量的补充过程都立即停止，自激振动也随之消失。 工艺系统中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给振动系统，使工艺系统产生振动运动。E－能量QE＋E0ABC振幅自激振动系统能量关系机械制造工艺学自激振动的特点1、机械加工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运动；2、自激振动是一种不衰减的振动；3、自激振动的频率等于或接近于系统的固有频率；4、自激振动能否产生及振幅 的大小取决于振动系统在 每一个周期内获得和消耗 的能量对比情况。当获得 的能量小于消耗的能量， 则自激振动停止。 机械制造工艺学（二）产生自激振动的几种学说1、再生效应自激振动原理 切削中因偶然干扰，使加工系统产生振动并在加工表面留下振纹。再次走刀时，因重叠部分的振纹使切削深度发生变化，导致切削力周期性改变，产生自激振动。这种因切削深度变化（简称再生效应）而引起的自激振动称为再生效应自激振动。车削、铣削、刨削、钻削、磨削等均不例外。机械制造工艺学◆ 重叠系数对再生效应自激振动的影响重迭系数： 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 —进给量一般 情况下， 0＜μ＜1；无重迭时，μ=0前后两次走刀完全重