第五节机械加工过程中的振动 机械加工过程中产生的振动，是一种十分有害的现象，这是因为： 1)刀具相对于工件振动会使加工表面产生波纹，这将严重影响零件的使用性能。 2)刀具相对于工件振动，切削截面、切削角度等将随之发生周期性变化，工艺系统将承受动态载荷 的作用，刀具易于磨损（有时甚至崩刃），机床的连接特性会受到破坏，严重时甚至使切削加工无 法进行。 3)为了避免发生振动或减小振动，有时不得不降低切削用量，致使机床、刀具的工作性能得不到充 分发挥，限制了生产效率的提高。 综上分析可知，机械加工中的振动对于加工质量和生产效率都有很大影响，须采取措施控制振动。 一、机械加工过程中的强迫振动 强迫振动：机械加工过程中的强迫振动是指在外界周期性于扰力的持续作用下，振动系统受迫产生 的振动。 机械加工过程中的强迫振动与一般机械振动中的强迫振动没有本质上的区别。机械加工过程中的强 迫振动的频率与干扰力的频率相同或是其整数倍；当干扰力的频率接近或等于工艺系统某一薄弱环 节固有频率时，系统将产生共振。 强迫振动的振源有来自于机床内部的机内振源和来自机床外部的机外振源。机外振源甚多，但它们 都是通过地基传给机床的，可以通过功加设隔振地基来隔离外部振源，消除其影响。机内振源主要 有：机床上的带轮、卡盘或砂轮等高速回转零件因旋转不平衡引起的振动；机床传动机构的缺陷引 起的振动；液压传动系统压力脉动引起的振动；由于断续切削引起的振动等。 如果确认机械加工过程中发生的是强迫振动，就要设法查找振源，以便消除振源或减小振源对加工 过程的影响。 二、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 与强迫振动相比，自激振动具有以下特征： 1)机械加工中的自激振动是指在没有周期性外力（相对于切削过程而言）干扰下产生的振动运动。 2)自激振动的频率接近于系统某一薄弱振型的固有频率。 三、自激振动的激振机理 1.振纹再生原理 在刀具进行切削的过程中，若受到一个瞬时的偶然扰动力的作用，刀具与工件便会产生相对振动 (属自由振动)，振动的幅值将因系统阻尼的存在而逐新衰减。但该振动会在已加工表面上留下一 段振纹。当工件转过一转后，刀具便会在留有振纹的表面上进行切削，切削厚度时大时小，这就有 动态切削力产生。如果机床加工系统满足产生自激振动的条件，振动便会进一步发展到持续的振动 状态。 再生型切削颤振：这种由于切削厚度变化效应（简称再生效应）而引起的自激振动称为再生型切削 颤振。 图449再生型振的产生过程
第五节 机械加工过程中的振动 机械加工过程中产生的振动，是一种十分有害的现象，这是因为： 1）刀具相对于工件振动会使加工表面产生波纹，这将严重影响零件的使用性能。 2）刀具相对于工件振动，切削截面、切削角度等将随之发生周期性变化，工艺系统将承受动态载荷 的作用，刀具易于磨损（有时甚至崩刃），机床的连接特性会受到破坏，严重时甚至使切削加工无 法进行。 3）为了避免发生振动或减小振动，有时不得不降低切削用量，致使机床、刀具的工作性能得不到充 分发挥，限制了生产效率的提高。 综上分析可知，机械加工中的振动对于加工质量和生产效率都有很大影响，须采取措施控制振动。 一、机械加工过程中的强迫振动 强迫振动：机械加工过程中的强迫振动是指在外界周期性于扰力的持续作用下，振动系统受迫产生 的振动。 机械加工过程中的强迫振动与一般机械振动中的强迫振动没有本质上的区别。机械加工过程中的强 迫振动的频率与干扰力的频率相同或是其整数倍；当干扰力的频率接近或等于工艺系统某一薄弱环 节固有频率时，系统将产生共振。 强迫振动的振源有来自于机床内部的机内振源和来自机床外部的机外振源。机外振源甚多，但它们 都是通过地基传给机床的，可以通过加设隔振地基来隔离外部振源，消除其影响。机内振源主要 有：机床上的带轮、卡盘或砂轮等高速回转零件因旋转不平衡引起的振动；机床传动机构的缺陷引 起的振动；液压传动系统压力脉动引起的振动；由于断续切削引起的振动等。 如果确认机械加工过程中发生的是强迫振动，就要设法查找振源，以便消除振源或减小振源对加工 过程的影响。 二、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 与强迫振动相比，自激振动具有以下特征： l）机械加工中的自激振动是指在没有周期性外力（相对于切削过程而言）干扰下产生的振动运动。 2）自激振动的频率接近于系统某一薄弱振型的固有频率。 三、自激振动的激振机理 1．振纹再生原理 在刀具进行切削的过程中，若受到一个瞬时的偶然扰动力的作用，刀具与工件便会产生相对振动 （属自由振动），振动的幅值将因系统阻尼的存在而逐渐衰减。但该振动会在已加工表面上留下一 段振纹。当工件转过一转后，刀具便会在留有振纹的表面上进行切削，切削厚度时大时小，这就有 动态切削力产生。如果机床加工系统满足产生自激振动的条件，振动便会进一步发展到持续的振动 状态。 再生型切削颤振：这种由于切削厚度变化效应（简称再生效应）而引起的自激振动称为再生型切削 颤振
切削过程一般都是部分地或完全地在有振纹（波纹）的表面上进行的，车削、铣削、刨削、钻削、 磨削等均不例外，由振纹再生效应引发的再生型切削颤振是机床切削的主要形态。 产生再生型颤振的条件，一般说，本转（次）切削的振纹与前转（次）切削的振纹总不会完全同 步，它们在相位上有一个差值。设本转（次）切削的振动运动为： y(t)=A,cosa 则上转（次）切削的振动运动为 y(t-T)=A,-cos(@t+p) 式中 T一工件转一转的时间； 0一振动源频率； A。一本转（次）切削的振动振幅： A1一上转（次）切削的振动幅值。 2.振型耦合原理 实际振动系统一般都是多自由度系统。 四、控制机械加工振动的途径 （(一）消除或减弱产生振动的条件 1.消除或减弱产生强迫振动的条件 (1)消除或减小内部振源机床上的高速回转零件必须满足动平衡要求；提高传动元件及传动装置的 制造精度和装配精度，保证传动平稳；使动力源与机床本体分离。 (2)调整振源的频率通过改变传动比，使可能引起强迫振动的振源频率远离机机床加工系统薄弱环 节的固有频率，避免产生共振。 (3)采取隔振措施使振源产生的部分振动被隔振装置所隔离或吸收。隔振方法有两种，一种是主动 隔振，阻止机内振源通过地基外传；另一种是被动隔振，阻止机外干扰力通过地基传给机床。常用 的隔振材料有橡皮、金属弹簧、空气弹簧、矿渣棉、木屑等。 2.消除或减弱产生自激振动的条件 (1)减小重叠系数再生型颤振是由于在有波纹的表面上进行切削引起的，如果本转（次）切削不与 前转（次）切削振纹相重叠，就不会有再生型颤振发生。重叠系数越小，就越不容易产生再生型颤 振。重叠系数值大小取决于加工方式、刀具的几何形状及切削用量等。适当增大刀具的主偏角和进 给量，均可使重叠系数减小。 重叠系数： (2)减小切削刚度减小切削刚度可以减小切削力，可以降低切削厚度变化效应（再生效应）和振型 耦合效应的作用。改善工件材料的可加工性、增大前角、增大主偏角和适当提高进给量等，均可使 切削刚度下降。 (3)合理布置振动系统小刚度主轴的位置。 (二)改善工艺系统的动态特性 1.提高工艺系统刚度 提高工艺系统薄弱环节的刚度，可以有效地提高机床加工系统的稳定性。提高各结合面的接触刚 度，对主轴支承施加预载荷，对刚性较差的工件增加辅助支承等都可以提高工艺系统的刚度。 2.增大工艺系统的阻尼 增大工艺系统中的阻尼，可通过多种方法实现。例如，使用高内阻材料制造零件，增加运动件的相 对摩擦，在床身、立柱的封闭内腔中充填型砂，在主振方向安装阻振器等。 (三)采用减振装置 常用的减振装置有动力式减振器、摩擦式减振器和冲击式减振器等三种类型
切削过程一般都是部分地或完全地在有振纹（波纹）的表面上进行的，车削、铣削、刨削、钻削、 磨削等均不例外，由振纹再生效应引发的再生型切削颤振是机床切削的主要形态。 产生再生型颤振的条件，一般说，本转（次）切削的振纹与前转（次）切削的振纹总不会完全同 步，它们在相位上有一个差值。设本转（次）切削的振动运动为： 2．振型耦合原理 实际振动系统一般都是多自由度系统。 四、控制机械加工振动的途径 （一）消除或减弱产生振动的条件 1．消除或减弱产生强迫振动的条件 （1）消除或减小内部振源 机床上的高速回转零件必须满足动平衡要求；提高传动元件及传动装置的 制造精度和装配精度，保证传动平稳；使动力源与机床本体分离。 （2）调整振源的频率 通过改变传动比，使可能引起强迫振动的振源频率远离机机床加工系统薄弱环 节的固有频率，避免产生共振。 （3）采取隔振措施 使振源产生的部分振动被隔振装置所隔离或吸收。隔振方法有两种，一种是主动 隔振，阻止机内振源通过地基外传；另一种是被动隔振，阻止机外干扰力通过地基传给机床。常用 的隔振材料有橡皮、金属弹簧、空气弹簧、矿渣棉、木屑等。 2．消除或减弱产生自激振动的条件 （1）减小重叠系数 再生型颤振是由于在有波纹的表面上进行切削引起的，如果本转（次）切削不与 前转（次）切削振纹相重叠，就不会有再生型颤振发生。重叠系数越小，就越不容易产生再生型颤 振。重叠系数值大小取决于加工方式、刀具的几何形状及切削用量等。适当增大刀具的主偏角和进 给量，均可使重叠系数减小。 重叠系数： （2）减小切削刚度 减小切削刚度可以减小切削力，可以降低切削厚度变化效应（再生效应）和振型 耦合效应的作用。改善工件材料的可加工性、增大前角、增大主偏角和适当提高进给量等，均可使 切削刚度下降。 （3）合理布置振动系统小刚度主轴的位置。 （二）改善工艺系统的动态特性 1．提高工艺系统刚度 提高工艺系统薄弱环节的刚度，可以有效地提高机床加工系统的稳定性。提高各结合面的接触刚 度，对主轴支承施加预载荷，对刚性较差的工件增加辅助支承等都可以提高工艺系统的刚度。 2．增大工艺系统的阻尼 增大工艺系统中的阻尼，可通过多种方法实现。例如，使用高内阻材料制造零件，增加运动件的相 对摩擦，在床身、立柱的封闭内腔中充填型砂，在主振方向安装阻振器等。 （三）采用减振装置 常用的减振装置有动力式减振器、摩擦式减振器和冲击式减振器等三种类型
习题： 4-8、4-9、4-10、4-11、4-12、4-13、 4-15、4-16、4-17、4-24、4-25
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