切削加工振动及其控制技术
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若用螺旋齿圆柱铣刀铣削，当铣削宽度 B与 轴向齿距 h之比为整数，则为最好的情况， 此时理论上切削力保持常数，（均衡铣削。 ）
NUAA
索引
1
切削加工振动分类及其危害分析
2
刺激振动
3
自激震动
4
切削加工振动控制技术
自激振动实例
类似起皱的丝绸
NUAA
高频啸叫类似哨音
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小直径细长刀杆或者薄 壁工件进行高转速切削
b) 变数部分,其频率等于单位时间内参加切削之齿数:
振幅为：
切削力的变数部分为外来力，其性质由铣刀的不均衡系数来决定： 除此之外，在各种情况下（包括均衡铣削）由于不可避免的铣刀摆动而产生切去，横断面积和切削力的变化， 其频率与转速相等。
而振幅决定于摆动量。
NUAA
刺激振动
当然，铣削是切削力的变化方式或多或少地与正弦变化有所出入，但可以用基本正弦振动和他的高次 谐振来表示。在铣削时，强迫振动从实验的研究知道，它最基本特征为其频率与切削速度即铣刀转数 成线性关系。
NUAA
刺激振动
当频率比例过大的时候， 增强系数接近于0
频率比例过大
频率比例值很小的时候 增强系数接近于1
频率比例过小
阻力系数对系统增强 系数的影响非常大。
增强系数 比例为1时增强系数达到峰值
共振
刺激力振幅不变时，增强系数与频率的关系
NUAA
刺激振动
实际当中，各种情形下变化的切削力讨论如下：
a) 常数部分
切削力 不断变化
振动与切削 过程相关
声似汽 车笛声
形似鱼鳞
NUAA
刀具刚度 造成的摆动
刺激振动
在铣削和刨销是，瞬时间接触齿数的改变，而使切削横断面积的总和变化。
NUAA
在车削和磨削时由于余量的不匀，工件的不圆或砂轮的不圆产生的振动。
刺激振动的原因是由于工件横断面积的变更 , 使切削力发生变化。切屑横断面积总 和变化有时由于切削过程限制而不能避免。
NUAA
刺激振动的产生最常见为在铣削时
用圆柱形或端铣刀铣削时，切削力与主轴扭 力矩有关，由于铣刀齿对工件瞬时接触角 的改变，而产生周期性的变化，切削力变化 的方式决定于参加切削齿数，当齿距角 大 于接触角 时，切削是间断的（切削力由最 大到0）；当 ，接触有几个齿，切削力常 大于0。
NUAA
刺激振动的产生最常见为在铣削时
NUAA
刺激振动
刺激振动最突出的特性为振动的频率与刺激力的频率相等（或为其倍数）
将刺激振动体系近似为，在周期性刺激力作用下的体系运动力（一个自由度的）的情况如下：
将周期性作用力用三角级数表示，以上几个关系可以构建运动微分方程：
刺激振动
解以上运动微分方程，可得振动特性方程： 上式首项代表有阻振的自由振动，存在阻力时振动的自然角频率为:
NanJing University of Aeronautics and Astronautics
先进制造技术 丁文锋 教授
切削加工振动及其控制技术
SZ1205046 侯玉昭 航空工程
பைடு நூலகம்
NUAA
索引
1
切削加工振动分类及其危害分析
2
刺激振动
3
自激震动
4
切削加工振动控制技术
NUAA
切削振动分类
切削振动
此处D为铣刀直径
切削速度
切削速度不直接影响振动的 振幅，但当一定的转速时（ 或在一定直径铣刀到达一定 的切削速度）其中频率为 nz 的振动的振幅突然增加，此 时，已发生共振现象，铣床 部件的自然振动频率一般在 30~80 周之间或更高， 当多 齿铣刀在中速铣切（此时由 于z）或高速铣切（此时由于 n）就会发生共振。平时常见 到铣切力与铣床工作台或立 柱发生共振现象。
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NUAA
自激振动
自激振动
自激振动（自发振动），常以为没有任何外界 刺激力亦会产生振动，事实上是因刺激而产生 振动后外界的力就消失了，以后由于振动而与 某能量来源相关连。
振幅
自激振动的振幅与起始状态无关，振动维持在激动能 量与消耗能量相平衡的情况下。自激振动的外表特征 为振动频率与切削速度、送刀量，切削深度和刀具几 何形状都无关，而振动体系的性质（刚度与质量）对
滚铣
滚铣（圆柱形铣刀铣削）端 铣一样其刺激振动振幅决定 于切削用量，当增加切削深 度与送刀量时，振幅简单地 增长， 而铣削宽度对振幅影 响极大而且不成简单关系。 当用螺旋齿圆柱铣刀铣削时 ，铣切宽度与轴向齿距之比 （宽度不均衡系数）为整数 时，振动的振幅为最小。 由实验得知最大的振幅出现 在：
端铣
同样地当端铣时，铣刀与工 件接触弧长为圆周齿距的整 数倍时，振幅为最小。
V=60~170 m/min
出现强烈振动 ，留在工件表 面 长 度 达 10 mm ，深度达 3cm的周期性 波纹此时车床 与工件引起强 烈摇动。
振动即停止，切削 进行完全平静。
V=170~250 m/min
V=350~400 m/min
振动重新产生， 其性质与在 v=20~60m/m in 时完全不同， 它并不引起机床 与工件的摇动， 只有车刀产生振 动同时发出高频 率啸声，在工件 表面产生小的周 期性波纹长度 1~3mm ，深度 到0.2mm
机床-工件-刀具体系中的振动
第一类振动
与切削过程 无关的振动
强迫振动 参数振动 断续振动
第二类振动
与切削过程 有关的振动
刺激振动 自激振动
切削振动危害分析
第一类振动
NUAA
刺激振动
危害程度
自激振动
NUAA
索引
1
切削加工振动分类及其危害分析
2
刺激振动
3
自激震动
4
切削加工振动控制技术
刺激振动实例
中等直径铣刀杆中低转速，刀杆长径比超过5，刀杆振动
第二项代表刺激振动在外来力作用下总是存在着，刺激振动的振幅由下式决定：
NUAA
上式说明刺激振动的震幅由外力的振幅与频率和体系的特性（体系的质量和摩擦系数）而定。
NUAA
刺激振动
刺激振动的振幅A当外力的振幅q增大和阻力系数r减小时而增大。振动的振幅更重要的是决定于外力的频率w。
当以上两种频率相等时，振幅显著增加，这种现象即可成为“共振”。
频率有决定性的影响。
切削速度 试验得出产生振动的特性，严重地受 速度的影响。
NUAA
舒金贝试验
车削刚轴时用镶硬质合金 a-21(T21K8) 的标准车刀，保持不 变的切削深度 t=2cm 及不变的进刀 S=0.48cm/r, 观察其情况 。
v<=10m/min
振动并未产生。
V=20~60 m/min
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1
切削加工振动分类及其危害分析
2
刺激振动
3
自激震动
4
切削加工振动控制技术
自激振动实例
类似起皱的丝绸
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高频啸叫类似哨音
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小直径细长刀杆或者薄 壁工件进行高转速切削
b) 变数部分,其频率等于单位时间内参加切削之齿数:
振幅为：
切削力的变数部分为外来力，其性质由铣刀的不均衡系数来决定： 除此之外，在各种情况下（包括均衡铣削）由于不可避免的铣刀摆动而产生切去，横断面积和切削力的变化， 其频率与转速相等。
而振幅决定于摆动量。
NUAA
刺激振动
当然，铣削是切削力的变化方式或多或少地与正弦变化有所出入，但可以用基本正弦振动和他的高次 谐振来表示。在铣削时，强迫振动从实验的研究知道，它最基本特征为其频率与切削速度即铣刀转数 成线性关系。
NUAA
刺激振动
当频率比例过大的时候， 增强系数接近于0
频率比例过大
频率比例值很小的时候 增强系数接近于1
频率比例过小
阻力系数对系统增强 系数的影响非常大。
增强系数 比例为1时增强系数达到峰值
共振
刺激力振幅不变时，增强系数与频率的关系
NUAA
刺激振动
实际当中，各种情形下变化的切削力讨论如下：
a) 常数部分
切削力 不断变化
振动与切削 过程相关
声似汽 车笛声
形似鱼鳞
NUAA
刀具刚度 造成的摆动
刺激振动
在铣削和刨销是，瞬时间接触齿数的改变，而使切削横断面积的总和变化。
NUAA
在车削和磨削时由于余量的不匀，工件的不圆或砂轮的不圆产生的振动。
刺激振动的原因是由于工件横断面积的变更 , 使切削力发生变化。切屑横断面积总 和变化有时由于切削过程限制而不能避免。
NUAA
刺激振动的产生最常见为在铣削时
用圆柱形或端铣刀铣削时，切削力与主轴扭 力矩有关，由于铣刀齿对工件瞬时接触角 的改变，而产生周期性的变化，切削力变化 的方式决定于参加切削齿数，当齿距角 大 于接触角 时，切削是间断的（切削力由最 大到0）；当 ，接触有几个齿，切削力常 大于0。
NUAA
刺激振动的产生最常见为在铣削时
NUAA
刺激振动
刺激振动最突出的特性为振动的频率与刺激力的频率相等（或为其倍数）
将刺激振动体系近似为，在周期性刺激力作用下的体系运动力（一个自由度的）的情况如下：
将周期性作用力用三角级数表示，以上几个关系可以构建运动微分方程：
刺激振动
解以上运动微分方程，可得振动特性方程： 上式首项代表有阻振的自由振动，存在阻力时振动的自然角频率为:
NanJing University of Aeronautics and Astronautics
先进制造技术 丁文锋 教授
切削加工振动及其控制技术
SZ1205046 侯玉昭 航空工程
பைடு நூலகம்
NUAA
索引
1
切削加工振动分类及其危害分析
2
刺激振动
3
自激震动
4
切削加工振动控制技术
NUAA
切削振动分类
切削振动
此处D为铣刀直径
切削速度
切削速度不直接影响振动的 振幅，但当一定的转速时（ 或在一定直径铣刀到达一定 的切削速度）其中频率为 nz 的振动的振幅突然增加，此 时，已发生共振现象，铣床 部件的自然振动频率一般在 30~80 周之间或更高， 当多 齿铣刀在中速铣切（此时由 于z）或高速铣切（此时由于 n）就会发生共振。平时常见 到铣切力与铣床工作台或立 柱发生共振现象。
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自激振动
自激振动
自激振动（自发振动），常以为没有任何外界 刺激力亦会产生振动，事实上是因刺激而产生 振动后外界的力就消失了，以后由于振动而与 某能量来源相关连。
振幅
自激振动的振幅与起始状态无关，振动维持在激动能 量与消耗能量相平衡的情况下。自激振动的外表特征 为振动频率与切削速度、送刀量，切削深度和刀具几 何形状都无关，而振动体系的性质（刚度与质量）对
滚铣
滚铣（圆柱形铣刀铣削）端 铣一样其刺激振动振幅决定 于切削用量，当增加切削深 度与送刀量时，振幅简单地 增长， 而铣削宽度对振幅影 响极大而且不成简单关系。 当用螺旋齿圆柱铣刀铣削时 ，铣切宽度与轴向齿距之比 （宽度不均衡系数）为整数 时，振动的振幅为最小。 由实验得知最大的振幅出现 在：
端铣
同样地当端铣时，铣刀与工 件接触弧长为圆周齿距的整 数倍时，振幅为最小。
V=60~170 m/min
出现强烈振动 ，留在工件表 面 长 度 达 10 mm ，深度达 3cm的周期性 波纹此时车床 与工件引起强 烈摇动。
振动即停止，切削 进行完全平静。
V=170~250 m/min
V=350~400 m/min
振动重新产生， 其性质与在 v=20~60m/m in 时完全不同， 它并不引起机床 与工件的摇动， 只有车刀产生振 动同时发出高频 率啸声，在工件 表面产生小的周 期性波纹长度 1~3mm ，深度 到0.2mm
机床-工件-刀具体系中的振动
第一类振动
与切削过程 无关的振动
强迫振动 参数振动 断续振动
第二类振动
与切削过程 有关的振动
刺激振动 自激振动
切削振动危害分析
第一类振动
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刺激振动
危害程度
自激振动
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1
切削加工振动分类及其危害分析
2
刺激振动
3
自激震动
4
切削加工振动控制技术
刺激振动实例
中等直径铣刀杆中低转速，刀杆长径比超过5，刀杆振动
第二项代表刺激振动在外来力作用下总是存在着，刺激振动的振幅由下式决定：
NUAA
上式说明刺激振动的震幅由外力的振幅与频率和体系的特性（体系的质量和摩擦系数）而定。
NUAA
刺激振动
刺激振动的振幅A当外力的振幅q增大和阻力系数r减小时而增大。振动的振幅更重要的是决定于外力的频率w。
当以上两种频率相等时，振幅显著增加，这种现象即可成为“共振”。
频率有决定性的影响。
切削速度 试验得出产生振动的特性，严重地受 速度的影响。
NUAA
舒金贝试验
车削刚轴时用镶硬质合金 a-21(T21K8) 的标准车刀，保持不 变的切削深度 t=2cm 及不变的进刀 S=0.48cm/r, 观察其情况 。
v<=10m/min
振动并未产生。
V=20~60 m/min