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工业加工机床中的振动形式

2020-02-14 00:50:32来源:励志吧0次阅读

工业加工机床中的振动形式

在大多数情况下,机械结构的振动是有害的,尤其是在金属切削机床中。为保证加工质量、提高切削效率、减少刀具的磨损、降低噪声,都希望尽可能减小或消除振动。在机床中的振动形式有自由振动、受迫振动和自激振动。

机床中的自由振动

自由振动是在系统本身的内力作用下发生的,而不是受外力激励作用产生的。当系统的平衡遭到破坏,依靠其本身的弹性恢复力来维持的振动,即为自由振动。振动的频率为系统的固有频率,与系统的刚度质量比的平方根成正比。当系统存在阻尼时,振动将逐渐衰减,衰减的快慢与阻尼大小成正比。在机床中,自由振动的形态并不多见。通常是由地基传来的瞬时冲击引起,或者是某一运动部件突然启动、停止或快速反向时,才可能产生自由振动,并随之迅速衰减。因此,自由振动只会短暂地影响机床的加工精度和表面质量。

机床中的受迫振动

在外力持续激励作用下产生的振动称为受迫振动或强迫振动。若激励力为任意频率的简谐力,则所产生的受迫振动将以相同频率振动,与系统的固有频率无关。振动的能量来自激励源,振幅不会衰减。当这个简谐激励力的频率接近于机床结构某个固有频率时,会产生共振。在机床工作过程中,经常会产生简谐激励力。

例如,主轴旋转时,其不平衡旋转质量的离心力将造成周期性变化的简谐激励力,形成强迫振动。当机床移动机构作高速往复运动时,由于惯性力的周期性反复冲击,也将成为具有一定频率的周期性激励力。尽管可以通过采取动平衡、阻尼缓冲等多种手段来消除或减轻受迫振动的影响,但是一旦与机床固有频率接近而出现共振现象时,对机床加工精度和表面质量的影响就变得不可忽略。对精密机床而言,这一点显得尤为重要。

机床中的自激振动

自激振动(或称为颤振)发生在机床加工过程中,是机床和加工过程相互作用的结果。通常是由于切削过程的动态不稳定,或移动部件在导轨上的运动不稳定(爬行),或伺服机构的动态不稳定等原因造成的。其中对机床动态性能影响最为显著的是刀具和工件之间自发产生的颤振,历来是机床动态性能研究的热点。关于机床自激振动形成机理的学说有很多,主要有以下3种:

1)振型耦合。切削时刀具因受到工件硬点冲击或切削深度突然变化产生受迫振荡,机床-刀具系统的弹性在短时间内维持振动。若机床的进给系统继续前进,其中一部分能量转化为机床弹性系统维持振动的能量。当转化的能量大于振动消耗的能量时,振动加剧,直至刀具损坏,加工过程无法进行。

2)再生效应。刀具由于某种突发的阻力在工件表面上留下波纹,当刀具第二次切过该表面时,因切削深度变化而导致切削力的变化,刀具在此处表面留下更深的波纹。反复作用的结果导致发生振幅急剧增大的自激振荡,使加工表面质量急剧下降,甚至导致工件报废。

3)切削力随切屑滑移速度改变的特性。刀刃表面与切屑的摩擦系数是随相对运动速度而变化的。由于切屑的伸长、折断、受阻等原因,切屑在前刀面上的滑移速度产生周期性变动,导致摩擦力振荡,以致切削力周期性变化,引起切削过程振动。

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