机械加工中的振动

魔神

    

　　

切削振动的类型及特征

 

机械加工中产生的振动主要有强迫振动和自激振动(颤振)两种类型。

 

(1)强迫振动：由外界周期性干扰力(工艺系统内部或外部振源)所激发的震动。其主要特征是：

 

1)强迫振动的频率与外界周期性干扰力的频率相同，或是它的整数倍。

 

2)除由切削过程本身不均匀性所引起的强迫振动外，干扰力一般切削过程有关。干扰力消除，强迫振动停止。

 

3)强迫振动的振幅与干扰力的振幅，工艺系统的刚度及阻尼大小有关。在干扰力频率不变的情况下，干扰力幅值越大、工艺系统的刚度及阻尼越小，则强迫振动幅越大。

 

4)干扰力的频率与工艺系统某一固有频率的比值等于或接近于1时。系统将产生共振，振幅达到最大值。

 

(2)自激振动(颤振)机械加工过程中，在没有周期性外力(相对于切削过程而言)作用下，由系统内部激发反馈产生的周期性振动。其主要特征：

 

1)自激振动的频率等于或接近于系统的固有频率。

 

2)自激振动能否产生及其振幅的大小，决定于每一振动周期内系统所获得的能量与系统阻尼消耗能量的对比情况。

 

3)由于维持自激振动的干扰力是由振动(切削)过程本身激发的，故振动(切削)一旦中止，干扰力及能量补充过程立即消失。

 

强迫振动的振源及诊断

 

(1)强迫振动的振源

 

1)机床上回转零件，如电动机、砂轮、带轮、卡盘、工件等不平衡所引起的周期性变化的离心力。

 

2)切削过程本身的不均匀性，如铣削、拉削加工，车削带键槽的工件表面等所引起的周期性变化的切削力。

 

3)机床传动元件缺陷如制造不精确或安装不良的齿轮、V带厚度不均匀、平带的接头、轴承滚动体尺寸及形状误差、液压泵工作4的工作液压力脉动等所引起的周期性变化的传动力。

 

4)往复运动部件运动方向改变时产生的惯性冲击。

 

5)由外界其他振源传来的干扰力。

 

(2)强迫振动的诊断

 

1)现场拾振，进行频谱分析，在现场加工条件下，沿加工部位附近的振动敏感方向，用传感器(加速度计、力传感器等)拾取过程中的振动信号，作频谱分析、画频谱图。频谱图上较为明显的峰值点有多少个，机械加工系统中的振动频率成分就有多少个。

 

2)做环境试验，查找机外振源，在停机状态下拾取振动信号，进行频谱分析。此时所得到的振动频率成分均为机外干扰力源的频率成分。将这些频率成分与现场加工的振动频率成分进行对比，如两者完全相同，则可判定机械加工中产生的振动属于强迫振动、且振源在机外；如现场加工的主振动频率成分与机外干扰力频率不一致，则需继续进行空运转实验。

 

3)做空运转试验，查找机内振源，机床按加工现场所用运动参数进行空运转，拾取振动信号并进行频谱分析。比较空运转试验和现场加工中所得到的频谱图，除已查明的机外干扰力源的频率成分之外，如两者完全相同，则可判定现场加工中产生的振动属前振动，且干扰力源在机内也存在；如果现场加工时的谱线图上有与机床空运转的谱线成分(过是它的整数倍)不同的频率成分，则可判定除有强迫振动外，还有自激振动。

 

如果干扰力源在机床内部，还应查找其具体位置。可采用分别单独驱动机床各运动部件，进行空运转试验来查找振源的具体位置，或者对所有可能成为振源的运动部件，根据运动参数计算各运动部件的干扰力频率，并与机床空运转试验谱线图比较来确定机内振源具体位置。