机械加工中的自激振动

机械加工中的自激振动

自激振动是在外界偶然因素激励下产生的振动，但维持振动的能量来自振动系统本身，并与切削过程密切相关。这种在切削过程中产生的自激振动也叫做颤振。由于切削过程本身的原因，在一定条件下，即使没有外加激振力维持，切削力也可能产生周期性的变化，并由这个周期性变化的动态力反过来对振动系统做功，即输入能量，来补偿系统由于阻尼耗散的能量，以加强和维持这种振动。这种由振动过程本身所产生的周期性动态力所维持的振动，就是自激振动。切削过程中产生的自激振动是频率较高的强烈振动，通常又称为颤振。颤振常常是影响加工表面质量及生产效率的主要因素。

自激振动的振动频率接近于或略高于工艺系统的低频振型固有频率，这是区分自激振动与强迫振动的最本质特点。

1.再生自激振动原理

在切削或磨削加工中，一般进给量不大，刀具的副偏角较小，当工件转过一圈开始切削下一圈时，刀刃会与已切过的上一圈表面接触，即产生重叠切削。重叠切削是再生颤振发生的必要条件，但并不是充分条件。实际加工中，重叠切削极为常见，并不一定产生自激振动。相反，如果系统是稳定的，非但不产生振动，还可以将前

一转留下的振纹切除掉。除系统本身的参数外，再生颤振的另一个必要条件是前后两次波纹的相位关系。

2.振型耦合自激振动原理

在有些情况下，如车削方牙螺纹外表面时，在工件相继各转内不存在重叠切削现象，这样就不存在发生再生颤振的必要条件。但生产中经常发现，当切削深度增加到一定程度时，仍然可能发生切削颤振。可见，除了再生颤振外，还有其他的自激振动原因。实验证明，在这种情况下发生的颤振，刀尖与工件相对运动的轨迹是一个形状和位置都不十分稳定的椭圆，通常称为变形椭圆，其长轴称为变形椭圆主轴。振动轨迹为椭圆说明，颤振既发生在Y轴方向，也存在于Z轴方向，不是单自由度问题。可用振型耦合自振原理来解释这种自激振动。