教案32§4-4、机械加工中的振动课件.ppt

4-4、机械加工中的振动,二、机械加工中的自激振动,是由切削过程自身引起切削力的周期性变化所激起的振动，一旦切削停止，振动立即消失，这种称为“自激振动”下面用电铃的工作原理来说明切削过程中出现的自激振动现象：,当压下按钮8时，电流通过6-5-2与电池1构成闭合回路，电磁铁2就产生磁力（0 max）吸引衔铁7，从而带动小锤4敲击铜铃3当弹簧片5被吸引瞬时，触点6处断电，电磁铁失电而磁,力减少（由max 0）小锤靠弹簧片的弹力复位，触点6通电又构成闭合回路，电磁铁再次吸引衔铁使小锤敲击铜铃如此循环而形成振动电铃自激振动系统由两部分组成：,1电池 2电磁铁 3铜铃 4小锤 5弹簧片 6触点 7衔铁 8按钮,电铃的工作原理,弹簧片，小锤和衔铁组成振动元件，以产生振动；电磁铁和电路组成调节元件，以产生交变力两者的关系为：交变力使振动元件产生振动位移，这就是激振；振动元件又对调节元件产生反馈作用，以便再次产生交变力振动消耗于阻尼和动摩擦的能量，由系统本身的电池供给由于电铃的振动过程不存在任何周期性的振源，其频率又相当于系统的固有频率，因此它是自激振动电铃的自激振动系统,机械加工中的自激振动，也由两个基本部分组成。

切削过程如能产生交变力，通过这个激振力，使工艺系统的弹性环节产生振动位移，通过又反馈给切削过程再次产生交变力维持振动的能量由机床电机供给一）、自激振动的特点：,1）、自激振动是一种不衰减的振动振动过程本身能引起某种周期性变化的力，此力可从非交变特性的能源中周期性地获得能量补充，以维持这个振动；,,机床的自激振动系统,2）、自激振动的频率等于或接近于系统的固有频率，即由系统本身的参数决定 3）、自激振动振幅大小取决于每一振动周期内系统获得的能量与消耗的能量的比值当获得的能量大于消耗的能量时，则振幅将不断增大一直到两者能量相等为止，反之振幅将不断减少当获得的能量小于消耗的能量，则自激振动不可能产生 4）、自激振动的形成和持续，是由切削过程本身产生的激振和反馈作用，所以若停止切削，即使机床仍然空转，自激振动也随即消失二）、产生自激振动的学说： 有两种学说，即“再生颤振”和“振型耦合” 1、再生自激振动原理 在切削（磨削）加工时，因刀具（砂轮）的进给量较小，在刀刃连续切削第二圈时，必然与已切过的上一圈表面接触，产生重叠切削，砂轮宽度为B，工件每转进给量为f，当f

如果工件在前一转切削中，由于偶然的振动（如材料的硬块、加工余量不均匀或其它原因的冲击），在工件表面留下振纹，则切削第二转时，因重叠部分的振纹使切削深度发生变化，从而引起切削力的周期改变，产生再生自激振动磨削外圆时重叠切削示意图,下面用切削过程产生再生自激振动示意图说明再生颤振的原理： 图中y0表示前一转切削的工件表面（实线），y表示后一转切削的工件表面（虚线）从图（a）可见，由于前后两转切削产生的振纹y0和y相位相同（振纹的峰谷重合，即相位角=0），切削深度ap在一个振动周期内相同，切削力Fy基本不变，故再生自激振动就不会产生图（b）中，由于y比y0滞后一个相位角，因此刀具在切出工件的半个周期中的平均切深大于切入工件的半个周期中的平均切深，其切削力Fy也比切入时大，故在一个振动周期内，切削力Fy在切出时所作的正功（切削力与切出位移同向）大于切入时所作的负功（切削与切入位移反向），这样便有多余的能量输入到振动系统，使振动得到维持和加强相位角=0,相位角滞后,相位角超前,图C中，由于y比y0超前一个相位角，刀具切出时的平均深度小于切入时的平均深度，故在一个振动周期内，切削力所作的负功大于正功，即系统消耗于阻尼的能量大于它所获得的能量，因此再生自激振动不可能发生。

由上分析可知，切削加工中产生自激振动的条件是y滞后于y0，因此可以通过改变加工中的某项工艺参数（n、f等）使y与y同相位或前一个相位角，即可减少或消除再生自激振动2、振型耦合自激振动原理： 某些切削加工，如图刃宽b小于螺距t的宽刃刀切削方牙螺纹的外圆时，刀具并不发生重叠切削，从理论上排除了再生自激振动的可能性但实际加工中，当切削深度达到一定值时，仍然会自激振动，其原因可用“振型耦合理论”说明1工件 2刀具,纵车方牙螺纹外表面,振型耦合原理，又称坐标联系原理主要用于说明多自由度系统的自激振动现象图中是具有两个自由度振动的力学模型假设工件为绝对刚体，主振系统是刀具部件，其质量为m，用互相垂直的，刚度分别为K、K的两组弹簧支持着，弹簧的轴线X、X称为刚度主轴，表示系统的两个自由度方向设X与y轴（加工表面的法向）成角，切削力F与y轴的夹角为如果系统的切削中一旦产生了角频率为的振动，则质量m同时在X、X两个方向上以不同的振幅和相位进行振动，合成运动的轨迹是一个顺时针方向的椭圆前半周刀尖从AB---C作切入运动，平均切深较小；后半周刀尖从C---D---A作切出运动，平均切深大切深的变化引起切削力的变化。

由于与刀尖切出运动同向的切削力大于与刀尖切入运动反向的切削力，因此在一个振动周期内，切削力对刀具部件作的正功大于负功，系统就有多余的能量增大振幅，直到获得的能量和消耗阻尼的能量平衡为止，此时，振动便以一定的振幅持续下去系统的自激振动与系统的参数K、K、有关，当K

镗杆内固定镗刀头，镗杆端孔中放置冲击块，并用螺塞封住，冲击块与端孔径向保持0.10.2mm间隙，当镗杆发生振动时，冲击块将不断撞击镗杆吸收振动能量，因此能消除振动镗杆上用的冲击式吸振器,1镗杆 2镗刀头 3冲击块 4端盖,。