实验4-2 镗杆自激振动与消振实验

实验4-2 镗杆自激振动与消振实验

●实验目的及要求

1．观察和了解镗孔加工中的自激振动现象（为便于观察振纹，改用镗杆车削外圆），加深对自激振动有关理论的理解。

2．了解影响自激振动的主要因素及控制自激振动的方法。

3．掌握正交试验设计基本方法及其应用。

4．学习电阻应变片及动态应变仪的使用方法。

● 实验原理

1．解释自激振动的坐标联系（振型耦合）原理--参考

4.9.3节。

2．冲击块消振原理

镗杆上使用的冲击式减振器结构如图4E2-1所示。其消振

原理参考图4E2-2。当镗杆受到瞬时干扰力激发振动后，从平

衡位置O产生位移（图a），镗杆获得位能。当瞬时干扰力

消失后，镗杆在弹性恢复力的作用下，要回到平衡位置。在图

b位置，镗杆具有最大速度，在此过程中镗杆带动冲击块

一起运动，使冲击块在图b位置也具有最大速度。镗杆在

惯性力和弹性力的双重作用下，继续运动到c位置，其速速度

由

；而冲击块只受到惯性力的作用，因而在c位置仍具有。当镗杆由c位置再向平衡位置运动时，镗杆与冲击块发生碰撞，吸收了镗杆的动能，使镗杆在第3/4个周期中，振幅明显地由减小到。此过程继续下去，镗杆振幅逐渐减小。镗杆振动的衰减速度主要取决于冲击块的质量以及冲击块与镗杆内孔壁之间的间隙大小。

(点击上图观看动画）

3．正交试验方法

在多因素考核中，采用正交试验法可以用最少的试验次数获得最满意的试验结果，即

科学地确定多个因素中各因素对考核指标影响的大小，并能准确地找出最佳条件。

正交试验法的基本思想是在试验中使各因素的各种水平得到均匀的搭配，以用较少的试验次数充分反映多种因素和多种水平的影响。为此，设计了一系列的正交表。

根据正交表进行正交试验的方法和步骤如下：

1）明确试验目的，确定考核指标本实验的目的是确定影响自激振动的因素，寻找减小自激振动的措施。因此可取镗杆振动的振幅作为考核指标。

2）选择因素，确定水平本实验根据已有经验，选取加工时实际可控的4种因素（刀具前角，刀具主偏角，切削速度和进给量），每个因素均取3个水平，见表4E2-1。

3）选取正交表根据表4E2-1所列因素和水平，可选用正交表。表示4种

因素，每个因素取3个水平，共需做9次试验。

4）进行试验按正交表的因素和水平组合进行试验（表4E2-2），并将每组试验结果（振幅值）填写在表4E2-2的最后一栏中。

5）计算将各因素所对应的T1、T2、T3（T1、T2、T3分别为水平1、2、3所对应的

试验值之和）和μ1、μ2、μ3（μ1、μ2、μ3分别为水平1、2、3所对应的试验值的平均值）计算出来，并填入表4E2-2相应的栏目中。

6）实验结果分析对于每一个确定的因素，各水平的平均值反映了该因素各水平的优

劣；而极差则反映了各因素对考核指标影响的大小。根据平均值可确定各因素之间的最佳水平组合，根据极差可确定各因素之间的主次关系。

● 实验设备和仪器

1．普通车床1台；

2．安装镗杆的专用刀架1个；

3．削扁镗杆1根（结构形式参考图4-76），圆镗杆1根，冲击式减振镗杆1根；

4．不同几何角度的镗刀头若干个；

5．动态电阻应变仪1台，示波器1台，电阻应变片4片（要求阻值相同）。

6．测振仪1套。

● 实验步骤和方法

1．观察镗杆自激振动刀尖运动轨迹

在圆镗杆根部垂直方向和水平方向上各相对粘贴两片电阻应变片，并将每对应变片按

桥式电路接入动态应变仪，再将应变仪的输出引入示波器。试验前仪器要预热，应变仪要仔细调零。

选择合适的切削参数进行切削，使镗杆产生明显的自激振动，观察示波器上的图形，并粗略判断镗杆自激振动的频率。

2．削扁镗杆切削稳定区的确定

安装削扁镗杆，改变镗杆的削扁方向（主振方向），每隔15°切削一次。用测振仪测

量镗杆的振幅，并记录。比较每次切削振动情况，找出稳定切削区。

切削条件可选取：刀具前角后角，主偏角，副偏角，主轴转数n=200r/min，进给量f=0.1mm/r，切削深度=0.3mm ，工件材料45钢，外径d=50mm。

3．镗杆自激振动的正交试验

安装圆截面镗杆，按表4E2-2选择试验因素和水平，并进行试验。记录试验结果，对

试验结果进行分析，确定各因素影响的大小，并选取最佳的参数组合。

切削条件除变动因素外，可参照第2步试验条件。

4．冲击块消振试验

安装冲击式减振镗杆，按第2步所列切削参数进行切削，比较不放冲击块、冲击块与

孔壁间隙为分别为0.02mm、0. 1 mm和0. 2 mm等4种情况切削表面振纹的大小（也可用测振仪测量镗杆振动的振幅，并比较其大小）。

注：若不具备实验室条件，本实验可只做第3步，即完成镗杆自激振动的正交试验。此时若无测振仪，可用振纹大小（用肉眼观测，给出相对值）代替振幅值。

●思考题

1）自激振动有什么特点（与受迫振动相比较）？自激振动时，刀尖的运动轨迹为什么近似椭圆？

2）刀具的几何角度对镗杆的自激振动有什么影响？为什么？

3）切削用量对镗杆的自激振动有什么影响？为什么？

4）正交试验法有什么优点？正交试验的因素和水平应如何选取？本实验中的因素为何没有选取切削深度？

5）镗孔时，有几种消振方法？各有什么特点？

6）如何估算圆截面镗杆的自激振动频率？并与示波器判别的频率相比较。