《机械加工技术》课件第7章.ppt

首先，刀具和工件之间的相对振动会恶化零件的加工表面质量，影响零件的使用性能和寿命。其次是出现振动时，实际的切削厚度将围绕设定的名义切削厚度上下波动，振动严重时，刀刃有时会离开工件，此时切削厚度为零，而有时刀刃又会深深地切入工件，其瞬时切削厚度可以比名义切削厚度大好几倍，这些因素将引起一个周期的交变切削力，其幅值可以比没有振动时的静态切削力还要大，这种交变的动态切削力会促使刀具的切削部分疲劳，引起崩刃、打刀，并且使机床和夹具的有关部位加速磨损，丧失精度。强烈的振动还会产生很大的噪声，污染环境，危害操作者的健康。机械加工工艺日益向高精度、高生产率和高自动化发展，例如车床的精密和超精密加工达到0.5μm和0.1μm的加工精度，表面质量要求达到镜面，那么切削中哪怕是极其微小的振动，都会使得零件无法达到要求的精度和表面质量。振动问题成为了机械加工中限制生产率提高的主要障碍之一。工艺系统的振动从本质上来划分，可以分成三大类：自由振动、强迫振动和自激振动。车床的自激振动达65％，强迫振动只占30％。7.4.2自由振动自由振动是指工艺系统受初始干扰力或原有外干扰力停歇后产生的振动。机械加工过程中的自由振动往往是由于切削力的突然改变或其它外界力的冲击等原因引起的。这种振动一般可以迅速衰减，因此对机械加工过程的影响较小。7.4.3强迫振动1.强迫振动产生的原因强迫振动产生的原因主要可归纳为以下几个方面：（1）由于机床传动零件的缺陷所引起的振动；（2）由于切削过程不连续引起的振动；（3）旋转的工件和机床零、部件（砂轮、皮带轮、齿轮、卡盘、法兰盘等）不平衡时，因离心力在每转中改变方向而引起的振动；（4）外部振源传给机床的振动。2.减少强迫振动的途径在进行机械加工时，工艺系统是一个多自由度系统，其强迫响应比单自由度系统要复杂得多，但它具有一个最显著的特征：强迫振动的频率和干扰力的频率相同，因此我们可以从机械加工中振动的频率来诊断振动的类别，进而寻找工艺系统中存在的强迫振源。下面介绍减少强迫振动的方法。（1）减小激振力。减小激振力即可有效地减小振幅，使振动减弱或消失。对于转速在600r／min以上的回转零件，如砂轮、卡盘、电动机转子及刀盘等，必须给予平衡。对于齿轮传动，应提高齿轮的基节和齿形精度，减小安装时的几何偏心，这样可减小或消除传动过程中的冲击，避免振动。对带传动，则应采用较完善的皮带接头，使其连接后的刚度和厚度变化最小。（2）调节振动频率。在选择转速时，尽可能使旋转件的频率远离机床有关元件的固有频率，也就是避开共振区，使工艺系统各部件在准静态区或惯性区运行，以免共振。（3）增强机床或整个工艺系统的刚度和阻尼。提高机床或系统刚度，是增强系统抗振性从而防止振动的积极措施。增加系统的阻尼，将增加系统对激振能量的消耗作用，能够有效地防止和消除振动。（4）消振和隔振。隔振是在振动传递的路线上设置隔振材料，使由内、外振源所激起的振动不能传递到刀具和工件上去。例如对于某些动力源如电机、油泵等最好与机床分开，用软管连接，或者用隔振材料(橡皮、弹簧、软木等)与机床隔开。为了消除系统外振源的影响，常在机床周围挖防振沟。工艺系统本身的干扰振源，如工件本身不平衡，加工余量不均匀以及工件材料的材质不均，加工表面不连续及刀齿的断续切削等引起的周期性切削冲击振动，可采用阻尼器或减振器消振。7.4.4自激振动1.形成自激振动的物理条件机械加工中的自激振动不同于强迫振动，它不是外加的激振力作用在系统上，而是由系统本身引起的交变力作用而产生的振动，所以系统运动一停止，交变力也随之消失，自激振动也就停止。2.自激振动的特征（1）自激振动是一种不衰减的振动。外部振源在最初起触发作用，但维持振动所需的交变力是由振动过程本身产生的，所以运动一停止，交变力也随之消失，自激振动也就停止。（2）自激振动的频率接近或等于系统的固有频率。（3）自激振动是否产生以及振幅的大小取决于振动系统在同一个振动周期内，从能源输入到振动系统的能量是否等于振动系统所消耗的能量。3.减少和消除自激振动的途径从上面的分析可知，机械加工中的自激振动，既与切削过程有关，又与工艺系统的结构有关。所以，减少或消除自激振动的措施是多方面的，下面介绍常用的一些基本措施。（1）合理选择切削用量。①切削速度vc。图7-36所示为在一定的条件下车削时切削速度vc与振幅的关系曲线。从图中可看出，在vc＝20～60