【正文】 系統(tǒng)的固有特性。 這與自由振動相似，而與強(qiáng) 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 f自 =f固 取決于一周期獲得的能量 取決于切削過程本身 47 機(jī)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(jī)械加工表面質(zhì)量 如圖 2a所示為單自由度機(jī)械加工振動模型。設(shè)工件系統(tǒng)為絕對剛體，振動系統(tǒng)與刀架相連，且只在 y方向作單自由度振動。 在背向力 Fp作用下，刀具作切入、切出運動（振動）。 刀架振動系統(tǒng)同時還有 F彈 作用在它上面。 y越大， F彈 也越大，當(dāng) Fp=F彈 時，刀架的振動停止。 對上述振動系統(tǒng)而言， 背向力 Fp是外力， Fp對振動系統(tǒng)作功 如圖 2b所示。 刀具切入，其運動方向與背向力方向相反，作負(fù)功；即振動系統(tǒng)要消耗能量 W振入 ； 刀具切出，其運動方向與背向力方向相同，作正功；即振動系統(tǒng)要吸收能量 W振出 ； 產(chǎn)生自激振動的條件 47 機(jī)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(jī)械加工表面質(zhì)量 圖 2 單自由度機(jī)械加工振動模型 a） 振動模型 b） 力與位移的關(guān)系圖 47 機(jī)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 產(chǎn)生自激振動的條件 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 （ 1）當(dāng) W振出 W振入 時，由于刀架振動系統(tǒng)吸收的能量小于消耗的能量，故不會產(chǎn)生自激振動。 （ 2）當(dāng) W振出 =W振入 時，因?qū)嶋H機(jī)械加工系統(tǒng)中存在阻尼，刀架系統(tǒng)在振入過程中，為克服阻尼還需消耗能量 W摩阻（振入） ，故刀架振動系統(tǒng)每振動一次，刀架系統(tǒng)便會損失一部分能量。因此，刀架系統(tǒng)也不會有自激振動產(chǎn)生。 （ 3）當(dāng) W振出 W振入 時，刀架振動系統(tǒng)將有持續(xù)的自激振動產(chǎn)生。 47 機(jī)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 產(chǎn)生自激振動的條件 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 ① W振出 =W振入 + W摩阻（振入） 時，系統(tǒng)有穩(wěn)幅的自激振動； ② W振出 ＞ W振入 + W摩阻（振入） 時，系統(tǒng)為振幅遞增的自激 振動，至一定程度，系統(tǒng)有穩(wěn)幅的自激振動； ③ W振出 ＜ W振入 + W摩阻（振入） 時，系統(tǒng)為振幅遞減的自激 振動，至一定程度，系統(tǒng)有穩(wěn)幅的自激振動； 故振動系統(tǒng)產(chǎn)生自激振動的基本條件是： W振出 W振入 或 FP振出 FP振入 47 機(jī)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 產(chǎn)生自激振動的條件 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 47 機(jī)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(jìn)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(jī)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(jī)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(jī)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 刀具切入工件時，切削力做正功，切出工件時做負(fù)功。 47 機(jī)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(jī)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(bǔ)償阻尼對能量的消耗，產(chǎn)生自激振動。 47 機(jī)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(jī)械加工表面質(zhì)量 ? 一般 0＜ μ＜ 1，徑向切入 μ=1（切槽、鉆、端銑等） ? 橫向切削 0＜ μ＜ 1 ? 車方牙螺紋， μ=0，無重迭切削，不可能發(fā)生再生顫振。 ? 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(jìn)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(jī)械加工中的自激振動與抑制 第四章 機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)械加工表面質(zhì)量 47 機(jī)械加工中的自激振動與抑制 三、控制自激振動的途徑 減振裝置 —— 當(dāng)無法從根本上消除產(chǎn)生切削振動的條件，又無法有效提高工藝系統(tǒng)的抗振性和穩(wěn)定性時，可采用消振、減振裝置。 阻尼減振器： 利用固體或液體的摩擦阻尼來消耗振動的能量，實現(xiàn)減振。圖 7 摩擦減振器： 利用摩擦阻尼消耗振動能量。 沖擊減振器： 由一個與振動系統(tǒng)剛性聯(lián)結(jié)的殼體和一個在體內(nèi)可自由沖擊的質(zhì)量組成，當(dāng)系統(tǒng)振動時，由于質(zhì)量反復(fù)地沖擊殼體消耗了振動的能量，因而可顯著消振。圖 8 動力式減振器： 用彈性元件把一個附加質(zhì)量塊連接到振動系統(tǒng)中，利用附加質(zhì)量的動力作用，使彈性元件加在系統(tǒng)上的力和系統(tǒng)的激振力相抵消。圖 9 減振器按工作原理劃分 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 圖 7 阻尼器減振裝置 47 機(jī)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(jī)械加工表面質(zhì)量 圖 9 用于鏜刀桿的動力吸振器 圖 8 沖擊式吸振器 1－自由質(zhì)量 2－彈簧 3－螺釘 47 機(jī)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(jī)械加工表面質(zhì)量 本 章 結(jié) 束 第四章 機(jī)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(qiáng)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(qiáng)迫振動有何區(qū)別？ 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(jī)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α（ α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 α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 α落在 F與 y方向的夾角 β范圍之外，可避免發(fā)生振型耦合型顫振。 削扁鏜桿實驗 第四章 機(jī)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(jī)械加工表面質(zhì)量 謝謝觀看 /歡迎下載 BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES. BY FAITH I BY FAITH