【正文】 。 自激振動的頻率接近于系統(tǒng) 的固有頻率，即顫振頻率取 決于振動系統(tǒng)的固有特性。 這與自由振動相似，而與強 迫振動根本不同 E A1 A0 A2 A E E+ 自激振動 特點 不衰減的振動 w自 =w固 取決于一周期獲得的能量 取決于切削過程本身 47 機械加工中的自激振動與抑制 一、自激振動的產(chǎn)生及其特征 第四章 機械加工表面質(zhì)量 47 機械加工中的自激振動與抑制 二、產(chǎn)生自激振動的學(xué)說 —— 再生顫振 再生顫振原理 如 圖 3a)所示，車刀只做橫向進給。 在穩(wěn)定的切削過程中，刀架系統(tǒng)因材料的硬點，加工余量不均勻，或其它原因的沖擊等，受到偶然的擾動。刀架系統(tǒng)因此產(chǎn)生了一次自由振動，并在被加工表面留下相應(yīng)的振紋。 當(dāng)工件轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)后， 刀具要在留有振紋的表面上切削，因切削厚度發(fā)生了變化，所以引起了切削力周期性的變化，產(chǎn)生動態(tài)切削力。 將這種 由于切削厚度的變化而引起的自激振動 ，稱為 “ 再生顫振 ”。 第四章 機械加工表面質(zhì)量 圖 3 自由正交切削時再生顫振的產(chǎn)生 47 機械加工中的自激振動與抑制 二、產(chǎn)生自激振動的學(xué)說 —— 再生顫振 再生顫振原理 第四章 機械加工表面質(zhì)量 切削模型： y0表示前次切削的表面 y表示后次切削的表面 刀具切出工件時，切削力做正功，切入工件時做負(fù)功。 47 機械加工中的自激振動與抑制 再生顫振產(chǎn)生的條件 二、產(chǎn)生自激振動的學(xué)說 —— 再生顫振 第四章 機械加工表面質(zhì)量 ? 圖 a)： y比 y0超前一個相位角 Φ，使刀具在切入工件的半個周期中平均切削厚度比切出時大，平均切削力也大，切削力對系統(tǒng)做的正功小于負(fù)功，正功＜負(fù)功，振動消失。 ? 圖 b): y與 y0同相位角， Φ=0,正功 =負(fù)功，不產(chǎn)生自激振動。 ? 圖 c): y比 y0滯后一個相位角 Φ，正功＞負(fù)功，有能量輸入系統(tǒng)補償阻尼對能量的消耗，產(chǎn)生自激振動。 47 機械加工中的自激振動與抑制 再生顫振產(chǎn)生的條件 二、產(chǎn)生自激振動的學(xué)說 —— 再生顫振 結(jié)論：在再生顫振中，只有當(dāng)后一轉(zhuǎn)的振紋的相位滯后于前一轉(zhuǎn)振紋時才有可能產(chǎn)生再生顫振。 第四章 機械加工表面質(zhì)量 ? 一般 0＜ μ＜ 1，徑向切入 μ=1（切槽、鉆等） ?車螺紋， μ=0，無重迭切削 ? 重迭系數(shù)越大，由前一次波紋激發(fā)的動態(tài)力影響越大。 重迭系數(shù)： 前一次切削工件表面形成的波紋面寬度在相繼的后一次切削的有效寬度中所占的比例，用 μ 表示。 μ =( B f ) / B B— 切削寬度， f — 進給量。 重迭系數(shù)對再生顫振的影響 二、產(chǎn)生自激振動的學(xué)說 —— 再生顫振 47 機械加工中的自激振動與抑制 第四章 機械加工表面質(zhì)量 當(dāng)縱車方牙螺紋的外圓表面如圖所示，刀具并未發(fā)生重疊切削，若按再生顫振原理，則不應(yīng)該產(chǎn)生顫振。但在實際加工中，當(dāng)切削深度達(dá)到一定值時，仍會發(fā)生顫振，這可以用 振型耦合原理 來解釋。 47 機械加工中的自激振動與抑制 二、產(chǎn)生自激振動的學(xué)說 —— 振型耦合顫振 振型耦合顫振原理 工件 刀具 f 縱車方牙螺紋外表面 第四章 機械加工表面質(zhì)量 圖 6 兩個自由度的耦合振動模型 a）切削模型 b）動力學(xué)模型 圖 6是兩個自由度振型耦合顫振動力學(xué)模型 刀具等效質(zhì)量為 m，相互垂直的等效剛度系數(shù)分別為 k k2（設(shè) k1 k2）剛度低的方向振型為 x1，剛度高的方向振型為 x2。 第四章 機械加工表面質(zhì)量 當(dāng)?shù)都芟到y(tǒng)以 ω的頻率振動時，質(zhì)量 m在 x x2兩個方向上以不同的振幅和相位進行振動，其合成運動軌跡近似橢圓 E。 若 A→B→C→切入； C→D→A→切出，由于切出時的平均切削厚度大于切入時的平均切削厚度，正功大于負(fù)功，在一個振動周期內(nèi)，有多余的能量輸入振動系統(tǒng)。因此，振動得以維持。反之，則不能維持。 振型耦合模型至少要有兩個自由度 的振動系統(tǒng) 。 A C B D E 47 機械加工中的自激振動與抑制 二、產(chǎn)生自激振動的學(xué)說 —— 振型耦合顫振 振型耦合顫振原理 第四章 機械加工表面質(zhì)量 ? 刀尖運動軌跡為橢圓 ,其方向如圖 ABCDA ? 在前半周期中， ABC， F與運動方向相反，做負(fù)功 ? 在后半周期中， CDA， F與運動同向，做正功 ? 正功大于負(fù)功，振動得以維持。 ? 的必要條件： ? 當(dāng) k1＜ k2, 0＜ a1＜ 將容易產(chǎn)生振型耦合自激振動 當(dāng) 時，系統(tǒng)地動剛度最弱，最易產(chǎn)生振動 ?112???第四章 機械加工表面質(zhì)量 第四章 機械加工表面質(zhì)量 第四章 機械加工表面質(zhì)量 第四章 機械加工表面質(zhì)量 第四章 機械加工表面質(zhì)量 抑制自激振動 途徑 ? v =30～ 70m/min→自振 ↑ ? f↓→自振 ↑；保證 Ra時 →f↑ ?提高機床抗振性 ?提高刀具抗振性 （采用消振刀具） ?提高工件安裝剛性 根據(jù)振型耦合原理，工藝系統(tǒng) 的振動還受到各振型的剛度比 及其組合的影響。合理調(diào)整它 們之間的關(guān)系，就可以有效地 提高系統(tǒng)的抗振性，抑制自激 振動。（ 削扁鏜桿試驗 ） 提高工藝系統(tǒng) 抗振性 合理選擇 切削用量 合理選擇 刀具參數(shù) 采用變速切削 采用減振裝置 合理調(diào)整主振模態(tài)剛度比及其組合 ?前角、主偏角 ↑→自振 ↓ ?后角 ↓→自振 ↓；但太小時 →自振 ↑ 抑制再生顫振方法，用于工藝 系統(tǒng)剛性較好的場合。 47 機械加工中的自激振動與抑制 三、控制自激振動的途徑 第四章 機械加工表面質(zhì)量 ? （ 2）合理選擇刀具的幾何參數(shù) 主、副偏角；前角；刀尖圓弧半徑；后角 帶消振棱的刀具 1） 合理選擇與切削過程有關(guān)的參數(shù) （ 1） . 合理選擇切削用量 切削速度 V。 進給量 f。 切深 ap 第四章 機械加工表面質(zhì)量 2）、提高工藝系統(tǒng)的抗振性 ? （ 1）提高機床的抗振性 ? （ 2） 提高刀具和工件的抗振性 第四章 機械加工表面質(zhì)量 3）、利用變速切削抑制再生顫振 第四章 機械加工表面質(zhì)量 4）、合理調(diào)整振型的剛度比 如圖 475和圖 48 第四章 機械加工表面質(zhì)量 5）、采用減振裝置 （對強迫振動同樣有效） ? （ 1）阻尼器：將振動的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋? 有固體摩擦阻尼、液體摩擦阻尼、電磁阻尼等。 （ 2）吸振器 a、動力式吸振器：利用附加質(zhì)量的動力作用抵消激 振力。 b、利用自由質(zhì)量的往復(fù)運動，產(chǎn)生沖擊消耗振動的能量。 第四章 機械加工表面質(zhì)量 舉例 第四章 機械加工表面質(zhì)量 第四章 機械加工表面質(zhì)量 第四章 機械加工表面質(zhì)量 第四章 機械加工表面質(zhì)量 第四章 機械加工表面質(zhì)量 第四章 機械加工表面質(zhì)量 本章習(xí)題 81 為什么會產(chǎn)生磨削燒傷及裂紋？它們對零件的使用性能有何影響？試舉例說明減小磨削燒傷及裂紋的辦法有哪些？ 82 加工精密零件時，為了保證加工表面的表面質(zhì)量，粗加工前常有球化處理、退火、正火。粗加工后常有調(diào)質(zhì)、回火。精加工前常有滲碳、滲氮及淬火工序。試分析這些熱處理工序的作用。 83 什么是強迫振動，它有何特征？什么是自激振動，它有何特征？自激振動與強迫振動有何區(qū)別？ 84產(chǎn)生再生自激振動和振型耦合自激振動的必要條件是什么？ 84 圓鏜桿的剛度與削扁鏜桿的剛度哪個高？兩者的抗振性哪個好？為什么？ 85 車外圓時，車刀安裝高一點或低一點哪種情況抗振性好？鏜孔時，鏜刀安裝高一點或低一點哪種情況抗振性好？為什么？ 第四章 機械加工表面質(zhì)量 根據(jù)振型耦合原理，工藝系統(tǒng)的振動還受到各振型的剛度比及其組合的影響。合理調(diào)整它們之間的關(guān)系，就可以有效地提高系統(tǒng)的抗振性，抑制自激振動。 圖 10所示為削扁鏜桿， x1是削扁鏜桿的小剛度主軸， x2是削扁鏜桿的大剛度主軸。理論分析與實驗結(jié)果表明，方位角α1（ α1為加工表面法向 y與鏜桿削邊垂線的夾角）對鏜孔系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要影響。圖 8－ 31 b所示削扁鏜桿的小剛度主軸的方位角 α1介于切削力 F與 y方向的夾角 β范圍內(nèi)，容易產(chǎn)生振型耦合型顫振。圖 8－ 31 c所示削扁鏜桿的小剛度主軸的方位角α1落在 F與 y方向的夾角 β范圍之外，可減少發(fā)生振型耦合型顫振。 削扁鏜桿實驗 第四章 機械加工表面質(zhì)量 圖 10 削扁鏜桿鏜孔 削扁鏜桿實驗 第四章 機械加工表面質(zhì)量 取鏜桿 b= ，vc=40m/min， f=， ap =3mm，鏜桿懸伸長度為550mm。 由圖所示的“ 8”字形區(qū)域可知，最適宜的方位角在α=120o~140176。 (或 α=300o~320176。 )之間。 具有較高穩(wěn)定性的方位角 α1可通過削扁鏜桿實驗獲得： 削扁鏜桿實驗 圖 11 削 扁 鏜 桿 實 驗