【正文】 激勵工藝系統(tǒng)產生振動運動的交變力是由 切削過程本身產生的，而切削過程同時又受工藝系統(tǒng)的振動的控制，工藝系統(tǒng)的振動一旦停止，動態(tài)切削力也就隨之消失。 機械加工中的自激振動及其控制措施 機械加工中的振動及其控制措施 第 5章 機械加工表面質量 自激振動： 機械加工過程中，在沒有周期性外力作用下，由系統(tǒng)內部激發(fā)反饋產生的周期性振動，稱為 自激振動 ；在金屬切削過程中的自激振動一般稱為 切削顫振 ，簡稱 顫振 。 電動機 機床振動系統(tǒng) 調節(jié)系統(tǒng) (切削過程 ) 振動位移 y(t) 交變切削力 F(t) 自激振動系統(tǒng)的組成 機械加工中的自激振動及其控制措施 機械加工中的振動及其控制措施 第 5章 機械加工表面質量 自激振動由振動系統(tǒng)本身參數 決定，與強迫振動顯著不同。 自由振動受阻尼作用將迅速衰 減，而自激振動不會因阻尼 存在而衰減。 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 機械加工中的自激振動及其控制措施 它由振動過程本身引起切削力周期性變化 ， 從不具備交變特性的能源中周期獲得能量 ， 使振動得以維持 。 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。 振出：吸收能量 E A1 A0 A2 A E E+ 振入：消耗能量； 機械加工中的振動及其控制措施 第 5章 機械加工表面質量 如圖所示為單自由度機械加工振動模型 。 設工件系統(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 Fp=F彈 時 ， 刀架的振動停止 。 產生自激振動的條件 機械加工中的自激振動及其控制措施 機械加工中的振動及其控制措施 第 5章 機械加工表面質量 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 如圖所示 。 刀具切入 ， 其運動方向與背向力方向相反 ， 作負功；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 ； 產生自激振動的條件 機械加工中的自激振動及其控制措施 機械加工中的振動及其控制措施 第 5章 機械加工表面質量 （ 1）當 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，故不會產生自激振動。 （ 2）當 W振出 =W振入 時，因實際機械加工系統(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生。 （ 3）當 W振出 W振入 時，刀架振動系統(tǒng)將有持續(xù)的自激振動產生。 產生自激振動的條件 機械加工中的自激振動及其控制措施 機械加工中的振動及其控制措施 第 5章 機械加工表面質量 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)產生自激振動的基本條件是： W振出 W振入 或 FP振出 FP振入 產生自激振動的條件 機械加工中的自激振動及其控制措施 機械加工中的振動及其控制措施 第 5章 機械加工表面質量 再生顫振原理 如圖所示 ， 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)因此產生了一次自由振動 ，并在被加工表面留下相應的振紋 。 當工件轉過一轉后 ， 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 ” 。 機械加工中的自激振動及其控制措施 機械加工中的振動及其控制措施 第 5章 機械加工表面質量 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，切出工件時做負功。 再生顫振產生的條件 機械加工中的自激振動及其控制措施 機械加工中的振動及其控制措施 第 5章 機械加工表面質量 ? 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)做的正功小于負功，正功＜負功，振動消失。 ? 圖 b): y與 y0同相位角， Φ=0,正功 =負功，不產生自激振動。 ? 圖 c): y比 y0滯后一個相位角 Φ，正功＞負功，有能量輸入系統(tǒng)補償阻尼對能量的消耗，產生自激振動。 再生顫振產生的條件 機械加工中的自激振動及其控制措施 機械加工中的振動及其控制措施 第 5章 機械加工表面質量 再生顫振產生的條件 結論：在再生顫振中，只有當后一轉的振紋的相位滯后于前一轉振紋時才有可能產生再生顫振。 機械加工中的自激振動及其控制措施 機械加工中的振動及其控制措施 第 5章 機械加工表面質量 ? 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。 ? 重迭系數越大，由前一次波紋激發(fā)的動態(tài)力影響越大。 重迭系數： 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。 重迭系數對再生顫振的影響 機械加工中的自激振動及其控制措施 機械加工中的振動及其控制措施 第 5章 機械加工表面質量 當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，則不應該產生顫振。但在實際加工中，當切削深度達到一定值時，仍會發(fā)生顫振，這可以用 振型耦合原理 來解釋。 振型耦合顫振原理 工件 刀具 f 縱車方牙螺紋外表面 機械加工中的自激振動及其控制措施 機械加工中的振動及其控制措施 第 5章 機械加工表面質量 兩個自由度的耦合振動模型 兩個自由度振型耦合顫振動力學模型：設 刀具等效質量為 m，相互垂直的等效剛度系數分別為 k k2（設 k1 k2）剛度低的方向振型為 x1，剛度高的方向振型為 x2。 振型耦合顫振原理 機械加工中的自激振動及其控制措施 機械加工中的振動及其控制措施 第 5章 機械加工表面質量 當刀架系統(tǒng)以 ω的頻率振動時，質量 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，正功大于負功，在一個振動周期內，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) 。 振型耦合顫振原理 機械加工中的自激振動及其控制措施 A C B D E 機械加工中的振動及其控制措施 第 5章 機械加工表面質量 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。合理調整它 們之間的關系，就可以有效地 提高系統(tǒng)的抗振性，抑制自激 振動。 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 采用變速切削 采用減振裝置 合理調整主振模態(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。 機械加工中的自激振動及其控制措施 機械加工中的振動及其控制措施 第 5章 機械加工表面質量 減振裝置 —— 當無法從根本上消除產生切削振動的條件，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，實現減振。 機械加工中的自激振動及其控制措施 阻尼減振器 機械加工中的振動及其控制措施 第 5章 機械加工表面質量 減振裝置 —— 當無法從根本上消除產生切削振動的條件，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。 摩擦減振器： 利用摩擦阻尼消耗振動能量。 機械加工中的自激振動及其控制措施 1— 飛輪； 2— 摩擦盤； 3— 摩擦墊； 4— 螺母； 5— 彈簧 摩擦減振器 機械加工中的振動及其控制措施 第 5章 機械加工表面質量 減振裝置 —— 當無法從根本上消除產生切削振動的條件，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。 沖擊減振器： 由一個與振動系統(tǒng)剛性聯結的殼體和一個在體內可自由沖擊的質量組成 ， 當系統(tǒng)振動時 ， 由于質量反復地沖擊殼體消耗了振動的能量 ， 因而可顯著消振 。 機械加工中的自激振動及其控制措施 沖擊式吸振器 1－自由質量 2－彈簧 3－螺釘 機械加工中的振動及其控制措施 第 5章 機械加工表面質量 減振裝置 —— 當無法從根本上消除產生切削振動的條件，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。 動力式減振器： 用彈性元件把一個附加質量塊連接到振動系統(tǒng)中，利用附加質量的動力作用，使彈性元件加在系統(tǒng)上的力和系統(tǒng)的激振力相抵消。 機械加工中的自激振動及其控制措施 用于鏜刀桿的動力吸振器 機械加工中的振動及其控制措施 第 5章 機械加工表面質量 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