ch5機(jī)械加工表面質(zhì)量-資料下載頁

　　

【正文】 激勵(lì)工藝系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的交變力是由 切削過程本身產(chǎn)生的，而切削過程同時(shí)又受工藝系統(tǒng)的振動(dòng)的控制，工藝系統(tǒng)的振動(dòng)一旦停止，動(dòng)態(tài)切削力也就隨之消失。 機(jī)械加工中的自激振動(dòng)及其控制措施 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 自激振動(dòng)： 機(jī)械加工過程中，在沒有周期性外力作用下，由系統(tǒng)內(nèi)部激發(fā)反饋產(chǎn)生的周期性振動(dòng)，稱為 自激振動(dòng) ；在金屬切削過程中的自激振動(dòng)一般稱為 切削顫振 ，簡(jiǎn)稱 顫振 。 電動(dòng)機(jī) 機(jī)床振動(dòng)系統(tǒng) 調(diào)節(jié)系統(tǒng) (切削過程 ) 振動(dòng)位移 y(t) 交變切削力 F(t) 自激振動(dòng)系統(tǒng)的組成 機(jī)械加工中的自激振動(dòng)及其控制措施 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 自激振動(dòng)由振動(dòng)系統(tǒng)本身參數(shù) 決定，與強(qiáng)迫振動(dòng)顯著不同。 自由振動(dòng)受阻尼作用將迅速衰 減，而自激振動(dòng)不會(huì)因阻尼 存在而衰減。 自激振動(dòng)特點(diǎn) 不衰減的振動(dòng) 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(jī)械加工中的自激振動(dòng)及其控制措施 它由振動(dòng)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(dòng)得以維持 。 自激振動(dòng)的頻率接近于系統(tǒng)的固有頻率，即顫振頻率取決于振動(dòng)系統(tǒng)的固有特性。這與自由振動(dòng)相似，而與強(qiáng)迫振動(dòng)根本不同。 振出：吸收能量 E A1 A0 A2 A E E+ 振入：消耗能量； 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 如圖所示為單自由度機(jī)械加工振動(dòng)模型 。 設(shè)工件系統(tǒng)為絕對(duì)剛體 ， 振動(dòng)系統(tǒng)與刀架相連 ， 且只在 y方向作單自由度振動(dòng) 。 在背向力 Fp作用下 ， 刀具作切入 、 切出運(yùn)動(dòng) （ 振動(dòng) ） 。 刀架振動(dòng)系統(tǒng)同時(shí)還有 F彈 作用在它上面 。 y越大 ， F彈 也越大 ，當(dāng) Fp=F彈 時(shí) ， 刀架的振動(dòng)停止 。 產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件 機(jī)械加工中的自激振動(dòng)及其控制措施 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 對(duì)上述振動(dòng)系統(tǒng)而言 ， 背向力 Fp是外力 ， Fp對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)作功 如圖所示 。 刀具切入 ， 其運(yùn)動(dòng)方向與背向力方向相反 ， 作負(fù)功；即振動(dòng)系統(tǒng)要消耗能量 W振入 ； 刀具切出 ， 其運(yùn)動(dòng)方向與背向力方向相同 ， 作正功；即振動(dòng)系統(tǒng)要吸收能量 W振出 ； 產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件 機(jī)械加工中的自激振動(dòng)及其控制措施 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 （ 1）當(dāng) W振出 W振入 時(shí)，由于刀架振動(dòng)系統(tǒng)吸收的能量小于消耗的能量，故不會(huì)產(chǎn)生自激振動(dòng)。 （ 2）當(dāng) W振出 =W振入 時(shí)，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(dòng)系統(tǒng)每振動(dòng)一次，刀架系統(tǒng)便會(huì)損失一部分能量。因此，刀架系統(tǒng)也不會(huì)有自激振動(dòng)產(chǎn)生。 （ 3）當(dāng) W振出 W振入 時(shí)，刀架振動(dòng)系統(tǒng)將有持續(xù)的自激振動(dòng)產(chǎn)生。 產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件 機(jī)械加工中的自激振動(dòng)及其控制措施 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 ① W振出 =W振入 + W摩阻（振入） 時(shí)，系統(tǒng)有穩(wěn)幅的自激振動(dòng)； ② W振出 ＞ W振入 + W摩阻（振入） 時(shí)，系統(tǒng)為振幅遞增的自激 振動(dòng)，至一定程度，系統(tǒng)有穩(wěn)幅的自激振動(dòng)； ③ W振出 ＜ W振入 + W摩阻（振入） 時(shí)，系統(tǒng)為振幅遞減的自激 振動(dòng)，至一定程度，系統(tǒng)有穩(wěn)幅的自激振動(dòng)； 故振動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生自激振動(dòng)的基本條件是： W振出 W振入 或 FP振出 FP振入 產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件 機(jī)械加工中的自激振動(dòng)及其控制措施 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 再生顫振原理 如圖所示 ， 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(diǎn) ， 加工余量不均勻 ， 或其它原因的沖擊等 ， 受到偶然的擾動(dòng) 。 刀架系統(tǒng)因此產(chǎn)生了一次自由振動(dòng) ，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(dòng)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(dòng) ， 稱為 “ 再生顫振 ” 。 機(jī)械加工中的自激振動(dòng)及其控制措施 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5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(shí)，切削力做正功，切出工件時(shí)做負(fù)功。 再生顫振產(chǎn)生的條件 機(jī)械加工中的自激振動(dòng)及其控制措施 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 ? 圖 a)： y比 y0超前一個(gè)相位角 Φ，使刀具在切入工件的半個(gè)周期中平均切削厚度比切出時(shí)大，平均切削力也大，切削力對(duì)系統(tǒng)做的正功小于負(fù)功，正功＜負(fù)功，振動(dòng)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(dòng)。 ? 圖 c): y比 y0滯后一個(gè)相位角 Φ，正功＞負(fù)功，有能量輸入系統(tǒng)補(bǔ)償阻尼對(duì)能量的消耗，產(chǎn)生自激振動(dòng)。 再生顫振產(chǎn)生的條件 機(jī)械加工中的自激振動(dòng)及其控制措施 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 再生顫振產(chǎn)生的條件 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(shí)才有可能產(chǎn)生再生顫振。 機(jī)械加工中的自激振動(dòng)及其控制措施 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5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(dòng)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(duì)再生顫振的影響 機(jī)械加工中的自激振動(dòng)及其控制措施 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5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(shí)際加工中，當(dāng)切削深度達(dá)到一定值時(shí)，仍會(huì)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(jī)械加工中的自激振動(dòng)及其控制措施 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 兩個(gè)自由度的耦合振動(dòng)模型 兩個(gè)自由度振型耦合顫振動(dòng)力學(xué)模型：設(shè) 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。 振型耦合顫振原理 機(jī)械加工中的自激振動(dòng)及其控制措施 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5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(dòng)時(shí)，質(zhì)量 m在 x x2兩個(gè)方向上以不同的振幅和相位進(jìn)行振動(dòng)，其合成運(yùn)動(dòng)軌跡近似橢圓 E。 若 A→B→C→切入； C→D→A→切出，由于切出時(shí)的平均切削厚度大于切入時(shí)的平均切削厚度，正功大于負(fù)功，在一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)，有多余的能量輸入振動(dòng)系統(tǒng)。因此，振動(dòng)得以維持。反之，則不能維持。 振型耦合模型至少要有兩個(gè)自由度 的振動(dòng)系統(tǒng) 。 振型耦合顫振原理 機(jī)械加工中的自激振動(dòng)及其控制措施 A C B D E 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 抑制自激振動(dòng) 途徑 ? v =30～ 70m/min→自振 ↑ ? f↓→自振 ↑；保證 Ra時(shí) →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(dòng)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(dòng)。 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(shí) →自振 ↑ 抑制再生顫振方法，用于工藝 系統(tǒng)剛性較好的場(chǎng)合。 機(jī)械加工中的自激振動(dòng)及其控制措施 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 減振裝置 —— 當(dāng)無法從根本上消除產(chǎn)生切削振動(dòng)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(shí)，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(dòng)的能量，實(shí)現(xiàn)減振。 機(jī)械加工中的自激振動(dòng)及其控制措施 阻尼減振器 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 減振裝置 —— 當(dāng)無法從根本上消除產(chǎn)生切削振動(dòng)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(shí)，可采用消振、減振裝置。 摩擦減振器： 利用摩擦阻尼消耗振動(dòng)能量。 機(jī)械加工中的自激振動(dòng)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(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 減振裝置 —— 當(dāng)無法從根本上消除產(chǎn)生切削振動(dòng)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(shí)，可采用消振、減振裝置。 沖擊減振器： 由一個(gè)與振動(dòng)系統(tǒng)剛性聯(lián)結(jié)的殼體和一個(gè)在體內(nèi)可自由沖擊的質(zhì)量組成 ， 當(dāng)系統(tǒng)振動(dòng)時(shí) ， 由于質(zhì)量反復(fù)地沖擊殼體消耗了振動(dòng)的能量 ， 因而可顯著消振 。 機(jī)械加工中的自激振動(dòng)及其控制措施 沖擊式吸振器 1－自由質(zhì)量 2－彈簧 3－螺釘 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 減振裝置 —— 當(dāng)無法從根本上消除產(chǎn)生切削振動(dòng)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(shí)，可采用消振、減振裝置。 動(dòng)力式減振器： 用彈性元件把一個(gè)附加質(zhì)量塊連接到振動(dòng)系統(tǒng)中，利用附加質(zhì)量的動(dòng)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(jī)械加工中的自激振動(dòng)及其控制措施 用于鏜刀桿的動(dòng)力吸振器 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5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. 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