机械加工过程中的振动及其影响

强迫振动的特征
频率特征：与干扰力的频率相同，或是干扰力频率整倍数 幅值特征：与干扰力幅值、工艺系统动态特性有关。当干 扰力频率接近或等于工艺系统某一固有频率时，产生共振
相角特征：强迫振动位移的变化在相位上滞后干扰力一个 φ角，其值与系统的动态特性及干扰力频率有关。
（三）机械加工过程中自激振动
f
图4-74 再生自激振动原理图
◆ 产生条件（图4-74） ： a）b）c）系统无能量获得； d）y 滞后于y0，即 0＞φ＞-π ，此时切出比切入半周期中的 平均切削厚度大，切出时切削力所作正功（获得能量）大于 切入时所作负功，系统有能量获得，产生自激振动
◆ 振型耦合机理：将车 床刀架简化为两自由度振 动系统，等效质量 m 用相 互垂直的等效刚度分别为 k1、k2两组弹簧支撑（设x1 为低刚度主轴，图4-75）
x1 x2 α2
X β
k2
b c a d
α1
m
◆ 自激振动的产生： F ① k1=k2 ，x1 与 x2 无相位差, 图4-75 车床刀架振型耦合模型 轨迹为直线，无能量输入 ② k1＞k2，x1超前x2 ，轨迹d→c→b→a为一椭圆，切入半周 期内的平均切削厚度比切出半周期内的大，系统无能量输入 ③ k1 ＜ k2 ， x1 滞后于 x2 ，轨迹为一顺时针方向椭圆，即： a→b→c→d。此时，切入半周期内的平均切削厚度比切出半 周期内的小，有能量获得，振动能够维持 。
自激振动的概念
在没有周期性外力作用 下，由系统内部激发反馈 产生的周期性振动 自激振动过程可用传递 函数概念说明（图4-72）
电动机 (能源) 振动位移 X(t) 机床振动系统 （弹性环节）
调节系统 交变切削力F(t) （切削过程）
图4-72 自激振动闭环系统
能量E E－
自激振动的特征
Q E＋ 自激振动是一种不衰减振动 自激振动的频率等于或接近 于系统的固有频率 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 0 A B C 振幅 周期内获得和消耗的能量对比 图4-73 自激振动系统能量关系 情况（图4-73）。
阻尼材料 铸铁环
铸铁套筒
图4-79 零件上加阻尼材料
采用减振装置
动力减振器 摩擦式减振器（图4-80） 冲击式减振器（图4-81）
δ
δ
图4-80 摩擦式减振器
b）减振镗杆
1—飞轮 2—摩擦盘 3—摩擦 垫 4—螺母 5—弹簧
a）减振镗刀
图4-81 冲击式减振镗刀与减振镗杆
1—冲击块 2—紧定螺钉
二、机械加工过程中振动的类型 自由振动 强迫振动
自激振动
（一）自由振动
工艺系统受到初始干扰力而破坏了其平衡状
态后，系统仅靠弹性恢复力来维持的振动称
为自由振动。
由于系统中总存在由阻尼，自由振动将逐渐
衰弱，对加工影响不大。
（二）机械加工过程中强迫振动
强迫振动产生原因
由外界周期性的干扰力（激振力）作用引起 强迫振动振源：机外＋机内。机外：振源均通过地基把 振动传给机床。机内： 1）回转零部件质量的不平衡 2）机床传动件的制造误差和缺陷 3）切削过程中的冲击
◆ 调整振动系统小刚度主轴的位置 （图4-76）
◆ 减小切削或磨削时的重叠系数（图4-77）

bd （切削） b

B fa （磨削） B
（4-34）
式中 bd —— 等效切削宽度，即本次切削实际切到上次切削残留振纹 在垂直于振动方向投影宽度； b —— 本次切削在垂直于振动方向上的切削宽度； B , fa —— 砂轮宽度与轴向进给量。
k1
x1
x2
三、机械加工中振动的防治
消除或减弱产生强迫振动的条件
减小机内干扰力的幅值 调整振源的频率，一般要求：
fn f 0.25 f
（4-33） x2 1 x1 2 x1 2 β x2 1
式中 f 和 fn 分别为振源频率和 系统固有频率 隔振
图4-76 两种尾座结构
消除或减弱产生自激振动的条件
振动方向XD f ap B
κr
κ r，
a）切削
fa
b）Leabharlann Baidu削
图4-77 重叠系数
减小重叠系数方法
增加主偏角 增大进给量 ◆ 增加切削阻尼（例采用倒棱车刀，图4-78）
-5°～ -20°
0.1～0.3
2°～ 3° 图4-78 车刀消振棱
改善工艺系统动态特性
◆ 提高工艺系统刚度 ◆ 增大工艺系统阻尼
自激振动机理
◆ 再生机理： 切削 过程，由于偶然干扰， 使加工系统产生振动并 在加工表面上留下振纹 。第二次走刀时，刀具 将在有振纹的表面上切 削，使切削厚度发生变 化，导致切削力周期性 地变化，产生自激振动
φ y0 y 切入 切出 φ a） φ y0 y 切入 切出 c） f 切入 切出 d） f y0 y y0 y 切入 切出 b） f