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1、机械加工中的振动分类及抑制一、振动对机械加工的影响1、振动会在工件加工表面出现振纹，降低了工件的加工精度和表面质量；2、振动使刀具受到附加动载荷，加速刀具磨损，有时甚至崩刃；3、振动使机床、夹具等的连接部分松动，从而增大间隙，降低刚度和精 度，缩短使用寿命，严重时甚至使切削加工无法继续进行；4、强烈的振动及伴随而来的噪声，还会污染环境，危害操作者的身心健 康。为减小加工过程中的振动，有时不得不降低切削用量，使机械加工生产率 降低。二、机械加工中振动的种类1、自由振动 当系统受到初始干扰力激励破坏了其平衡状态后，系统仅靠弹性恢复力来 维持的振动称为自由振动。由于总存在阻尼，自由振动将逐渐衰减，如
2、图a所 示 （占5%）。2、强迫振动 系统在周期性激振力（干扰力）持续作用下产生的振动，称为强迫振动。强迫 振动的稳态过程是谐振动，只要有激振力存在振动系统就不会被阻尼衰减掉。 如图b所示。占35%）3、自激振动在没有周期性干扰力作用的情况下，由振动系统本身产生的交变力所激发和维持的振动，称为自激振动。切削过程中产生的自激振动也称为颤振。（占65%)三、机械加工中振动的产生、特征及抑制1、自由振动由于工艺系统受一些偶然因素的作用（如外界传来的冲击力；机床传动系统 中产生的非周期性冲击力；加工材料的局部硬点等引起的冲击力等），系统的平 衡被破坏，只靠其弹性恢复力来维持的振动属于自由振动。振动的频
3、率就是系 统的固有频率。由于工艺系统的阻尼作用，这类振动会很快衰减。2、强迫振动产生： 强迫振动的振源有来自于机床内部的机内振源和来自机床外部的机外振 源。机床上回转件不平衡所引起的周期性变化的离心力。如由于电机或 卡盘、皮带轮回转不平衡引起的。 机床传动零件缺陷所引起的周期性变化的传动力。如因刀架、主轴轴承、 拖板塞铁等机床部件松动或齿轮、轴承等传动零件的制作误差而引起的周期性 振动。 切削过程本身不均匀性所引起的周期性变化的切削力。如车削多边形或 表面不平的工件及在车床上加工外形不规则的毛坯工件。 往复运动部件运动方向改变时产生的惯性冲击。如平面磨削过程的方向 改变或瞬时改变机床的回转方向
4、。 由外界其他振源传来的干扰力。在锻造车间附近，因空气锤的振动引起其他机床的强迫振动，甚至共振。特征：1）强迫振动是由周期性激振力引起的，不会被阻尼衰减掉，振动本身也不 能使激振力变化。2）不管加工系统本身的固有频率多大，强迫振动的频率总与外界干扰力的 频率相同或成倍数关系。3）强迫振动的振动频率与外界激振力的频率相同，而与系统的固有频率无 关。4）强迫振动的幅值既与激振力的幅值有关，又与工艺系统的特性有关。抑制措施：受迫振动是由于外界周期性干扰力引起的，因此为了消除受迫振动，应先 找出振源，然后采取适应的措施加以控制。（1）消除或减小内部振源机床上的高速回转零件必须满足动平衡要求；提高传动元
5、件及传动装置的 制造精度和装配精度，保证传动平稳；使动力源与机床本体分离。（2）调整振源的频率通过改变传动比，使可能引起强迫振动的振源频率远离机机床加工系统薄 弱环节的固有频率，避免产生共振。（3）采取隔振措施使振源产生的部分振动被隔振装置所隔离或吸收。隔振方法有两种，一种 是主动隔振，阻止机内振源通过地基外传；另一种是被动隔振，阻止机外干扰 力通过地基传给机床。常用的隔振材料有橡皮、金属弹簧、空气弹簧、矿渣 棉、木屑等。2自激振动产生：在实际加工过程中，由于偶然的外界干扰（如工件材料硬度不均、加工余 量有变化等），会使切削力发生变化，从而使工艺系统产生自由振动。系统的 振动必然会引起工件、刀
6、具间的相对位置发生周期性变化，这一变化若又引起 切削力的波动，则使工艺系统产生振动。因此通常将自激振动看成是由振动系 统（工艺系统）和调节系统（切削过程）两个环节组成的一个闭环系统。特征：1、它由振动过程本身引起切削力周期性变化，从不具备交变特性的能源中 周期获得能量，使振动得以维持。2、自激振动的频率接近于系统的固有频率，即颤振频率取决于振动系统的 固有特性。这与自由振动相似，而与强迫振动根本不同。3、自激振动由振动系统本身参数决定，与强迫振动显著不同。自由振动受 阻尼作用将迅速衰减，而自激振动不会因阻尼存在而衰减。抑制措施：（1）减小重叠系数：再生型颤振是由于在有波纹的表面上进行切削引起
7、的，如果本转（次）切削不与前转（次）切削振纹相重叠，就不会有再生型颤 振发生。重叠系数越小，就越不容易产生再生型颤振。重叠系数值大小取决于 加工方式、刀具的几何形状及切削用量等。适当增大刀具的主偏角和进给量， 均可使重叠系数减小。合理选择切削用量、刀具参数。（2）减小切削刚度：减小切削刚度可以减小切削力，可以降低切削厚度变 化效应（再生效应）和振型耦合效应的作用。改善工件材料的可加工性、增大 前角、增大主偏角和适当提高进给量等，均可使切削刚度下降。（3）合理布置振动系统小刚度主轴的位置。3、其他统一抑制措施：（1）改善工艺系统的动态特性1提高工艺系统刚度提高工艺系统薄弱环节的刚度，可以有效地提
8、高机床加工系统的稳定性。 提高各结合面的接触刚度，对主轴支承施加预载荷，对刚性较差的工件增加辅 助支承等都可以提高工艺系统的刚度。2增大工艺系统的阻尼增大工艺系统中的阻尼，可通过多种方法实现。例如，使用高内阻材料制 造零件，增加运动件的相对摩擦，在床身、立柱的封闭内腔中充填型砂，在主 振方向安装阻振器等。（2）采用减振装置 减振装置通常都是附加在工艺系统中，用来吸收或消耗振动时的能量，达 到减振的目的。它对抑制强迫振动和颤振同样有效，是提高工艺系统抗振性的 一个重要途径，但它并不能提高工艺系统的刚度。减振装置主要有阻尼器和吸 振器两种类型。1）阻尼器的原理及应用阻尼器是利用固体或液体的阻尼来消
9、耗振动的能量，实现减振。图 5 9所 示为利用多层弹簧片相互摩擦，消除振动能量的干摩擦阻尼器。阻尼器的减振 效果与其运动速度的快慢、行程的大小有关。运动越快、行程越长，则减振效 果越好。故阻尼器应装在振动体相对运动最大的地方。图2）10-1 阻尼器减振装置吸振器的原理及应用力吸振器（图 10-2） 并有附加阻尼作用，因而能得到动 这种吸振器用微孔橡皮衬垫做弹性元件 较好的消振作用。图 10-2用于镗刀杆的动力吸振器冲击吸振器（图10-3）它是由一个与振动系统刚性连接的壳体和一个在壳体内自由冲击的质量块 组成。当系统振动时，由于自由质量的往复运动而冲击壳体，消耗了振动的能 量，故可减小振动。图 3 所示为螺栓式冲击吸振器。 当刀具振动时自由质量 1 也振动，但由于 自由质量与刀具是弹性连接，振动相位相差 180 0 。当刀具向下挠曲时，自由 质量却克服弹簧 2 的弹力向上移动。这时自由质量与刀杆之间形成间隙。当刀 具向上运动时，自由质量以一定速度向下运动，产生冲击而消耗能量。图10-3冲击式吸振器1自由质量 2弹簧 3螺钉
