车削加工中的振动与控制

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1、车削加工中的振动与控制专业：机械制造及自动化班级：0姓名：摘要在机械加工中产生中的振动都具有受迫振动和自激振动，这与机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的动态特性有关。详细分析了车削加工中振动的主要类型及产生的原因、振动的危害，并从刀具、夹具、切削工艺等方面提出了减小或消除振动的措施。  【关键词】车削低频振动;高频振动;消除措施     【前言】振荡是自然界中某种物理状态随时间发生的反复变化，或是物体随时间而作的反复运动。物质的宏观运动形式是机械运动。振动是一种特殊形式的机械运动，指机器或结构物在其静平衡位置附近随时间作往复振荡运动。机械振动会使运行的机器产生巨大的交

2、变载荷，这将导致机器使用寿命的降低甚至酿成灾难性的破坏事故，如大桥因共振而毁坏，烟囱因风振而倒塌，飞机因颤振而坠落等等。若对造成事故的原因不能做出正确的分析，设计人员往往为了安全而加大结构的断面尺寸，增加了机器重量并浪费了材料。为了解决这些振动问题，要么需提高机器本身的制造精度，要么需设置专门的装置或引入复杂的控制系统，增加了产品成本。此外，由于机械振动而产生的噪声日益形成令人厌恶的公害，不仅危及机器操作人员的身心健康，还影响环境安全和社会稳定。根据生物工程的研究，人体各器官对于1～20赫兹的低频振动（次声）特别感到不适，而高频振动同样会使人感到烦躁、厌倦和疲劳。由此可

3、见，研究机械振动问题对机器的使用和设计都具有极其重要的实际意义。在车削过程中产生的振动，不仅干扰了正常的切削过程，严重影响了加工件的表面质量，还会缩短机床及刀具使用寿命。由此产生的噪音甚至可能影响到操作者工作情绪，对正常工作的开展带来一定负面影响；而为了减少振动，往往不得不减少加工时的进刀量，从而降低了生产率。本人通过在实习生产操作中对这一现象不断观察、分析、实践、总结，取得了一些效果，现提出一些看法供大家探讨。一、振动的分类一般来讲，在机械加工中产生的振动都具有受迫振动（系统在外激励力作用下产生的振动）和自激振动（系统在输入和输出之间具有反馈特性并有能源补充而产生的振

4、动），与机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的动态特性有关。在消除机床回转组件(如电机、工件、旋转轴等)和传动系统(如皮带轮、滚动轴承、液压传动系统的压力脉冲等)的振动后，车削加工中的振动主要是不随车削速度变化的自激振动，主要是车削过程中工件系统的弯曲振动(其频率接近工件的固有频率的低频振动)和车刀的变形产生的弯曲振动(其振动频率接近车刀的固有频率的高频振动)。        二、振动原因分析以车削加工为例。在车床安装时加设隔振地基、传动系统无缺陷以及切削过程中无冲击存在的情况下，车削振动的主要类型是不随车削速度变化而变化的自激振动(即振颤现象)，其主要原因是加工过程中

5、工件及刀架系统变形而产生的低频振动(其频率接近工件的固有频率)以及车刀的变形而产生的高频振动(其频率接近车刀的固有频率)。这类振动常常使机床尾座、刀架松动并使硬质合金刀片碎裂，且在工件切削表面留下较细密的痕迹。车削中的低频振动通常是工件、刀架都在振动(工件振动较大)，它们时而相离(振出)，时而趋近(振入)，产生大小相等、方向相反的作用力与反作用力(即切削力Fy和弹性恢复力F弹)。刀架的振出运动是在切削力Fy作用下产生的，对振动系统而言，Fy是外力。在振动过程中，当工件与刀架作振出运动时，切削力F振出与工件位移方向相同，对振动系统作正功，振动系统则从切削过程中吸收一部分能

6、量E振出储存在振动系统中；刀架的振入运动则是在弹性恢复力F弹作用下产生的。当刀架振入时，F振入与工件位移方向相反，振动系统对切削过程作功，即振动系统要消耗能量E振入。由于切削力周期性变化，使得E振出>E振入或F振出>F振入，从而使工件或刀具获得了能量补充产生低频的自激振动。此时，在力和位移的关系图中，振出过程曲线处在振入过程曲线的上部(如图1所示)。图1而高频振动产生的原因是在某速度区段内，刀具后刀面与切屑之间的摩擦，使切削力Fy随切削速度V的增加而减小，即具有下降特性，造成F振出>F振入，故加工系统有自激振动产生。在车削过程中，影响切削力周期性地变化，并使F切出>F切

7、入的情况有以下几个因素：        2.1切削与刀具相对运动产生的摩擦力。在加工韧性钢材时径向切削分力F开始随切削速度的增加而增大，自某一速度开始，随切削速度的增加而下降。据切削原理可知，径向切削分力Fv主要取决于切削与刀具相对运动产生的摩擦力，即切削与刀具前刀面的摩擦力。摩擦力具有随摩擦速度的增加而下降的特性，即负摩擦特性。在机械系统中，具有负摩擦特性的系统容易激发切削振动。        2.2振动时，刀尖相对运动的轨迹是一个形状和位置都不十分稳定的，封闭的近似椭圆。这种情况在车削螺纹或用宽刃刀(刃宽小于螺距)车削梯形螺纹的外圆时