機(jī)械加工過程中的振動(dòng)
一般說來，機(jī)械加工過程中的振動(dòng)是一種十分有害的現(xiàn)象，它對于加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率都有很大影響，必須認(rèn)真對待。在切削過程中，當(dāng)振動(dòng)發(fā)生時(shí)，加工表面將惡化，產(chǎn)生較明顯的表面振痕。
一、機(jī)械加工過程中的強(qiáng)迫振動(dòng)

（一）機(jī)械加工過程中的強(qiáng)迫振動(dòng)（見P226）

1、 強(qiáng)迫振動(dòng)： 是由于工藝系統(tǒng)外界周期性干擾力的作用而引起的振動(dòng)。
機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動(dòng)與一般機(jī)械中的強(qiáng)迫振動(dòng)沒有什么區(qū)別，強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率與干擾力的頻率相同或是它的倍數(shù)。
2、 強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因： 強(qiáng)迫振動(dòng)的振源又來自機(jī)床內(nèi)部的機(jī)內(nèi)振源和來自機(jī)床外部的機(jī)外振源兩大類。機(jī)外振源甚多，但它們都是通過地基傳給機(jī)床的，可通過加設(shè)隔振地基來隔離。機(jī)內(nèi)振源主要又：
（1）機(jī)床電機(jī)的振動(dòng)；
（2）機(jī)床高速旋轉(zhuǎn)件不平衡引起的振動(dòng)；
（3）機(jī)床傳動(dòng)機(jī)構(gòu)缺陷引起的振動(dòng)，如齒輪的側(cè)隙、皮帶張緊力的變化等；
（4）切削過程中的沖擊引起的振動(dòng)；
（5）往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件的慣性力引起的振動(dòng)
3、 強(qiáng)迫振動(dòng)的特征：（見P227）
（1） 機(jī)械加工過程中的強(qiáng)迫振動(dòng)，只要干擾力存在，其不會(huì)被衰減；
（2） 強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率等于干擾力的頻率；
（3） 在干擾力頻率不變的情況下，干擾力的幅值越大，強(qiáng)迫振動(dòng)的幅值將隨之增大。

4、 減少強(qiáng)迫振動(dòng)的途徑：
（1） 對工藝系統(tǒng)中的回轉(zhuǎn)零件進(jìn)行平衡處理；
（2） 提高工藝系統(tǒng)中傳動(dòng)件的精度：以減小沖擊；
（3） 提高工藝系統(tǒng)的剛度；
（4） 隔振：隔離機(jī)外振源對工藝系統(tǒng)的干擾。
（二）機(jī)械加工過程中強(qiáng)迫振源的查找方法如果已經(jīng)確認(rèn)機(jī)械加工過程中發(fā)生了強(qiáng)迫振動(dòng)，就要設(shè)法查找振源，以便去除振源或減小振源對加工過程的影響。由強(qiáng)迫振動(dòng)的特征可知，強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率總是與干擾力的頻率相等或是它的倍數(shù)，我們可以根據(jù)強(qiáng)迫振動(dòng)的這個(gè)規(guī)律去查找強(qiáng)迫振動(dòng)的振源。
二、機(jī)械加工過程中的自激振動(dòng)（顫振）

（一）機(jī)械加工過程中的自激振動(dòng)（見P229）

1、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)，簡稱顫振。
　2、 自激振動(dòng)的原理：
（1） 電鈴自激振動(dòng)：見下圖。（見P229）

3、與強(qiáng)迫振動(dòng)相比，自激振動(dòng)具有以下特征：

（1）機(jī)械加工中的自激振動(dòng)是在沒有周期性外力（相對于切削過程而言）干擾下所產(chǎn)生的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，這一點(diǎn)與強(qiáng)迫振動(dòng)有原則區(qū)別。維持自激振動(dòng)的能量來自機(jī)床電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)除了供給切除切屑的能量外，還通過切削過程把能量輸給振動(dòng)系統(tǒng)，使機(jī)床系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

（2）自激振動(dòng)的頻率接近于系統(tǒng)的某一固有頻率，或者說，顫振頻率取決于振動(dòng)系統(tǒng)的固有特性。這一點(diǎn)與強(qiáng)迫振動(dòng)根本不同，強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率取決于外界干擾力的頻率。
（3）自由振動(dòng)受阻尼作用將迅速衰減，而自激振動(dòng)卻不因有阻尼存在而衰減為零

自激振動(dòng)幅值的增大或減小，決定于每一振動(dòng)周期中振動(dòng)系統(tǒng)所獲得的能量與所消耗的能量之差的正負(fù)號。由圖知，在一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)，若振動(dòng)系統(tǒng)獲得的能量ER等于系統(tǒng)消耗的能量EZ，則自激振動(dòng)是以O(shè)B為振幅的穩(wěn)定的等幅振動(dòng)。當(dāng)振幅為OA時(shí)，振動(dòng)系統(tǒng)每一振動(dòng)周期從電動(dòng)機(jī)獲得的能量ER大于振動(dòng)所消耗的能量EZ，則振幅將不斷增大，直至增大到振幅OB時(shí)為止；反之，當(dāng)振幅為OC時(shí)，振動(dòng)系統(tǒng)每一振動(dòng)周期從電動(dòng)機(jī)獲得的能量ER小于振動(dòng)所消耗的能量EZ，則振幅會(huì)不斷減小，直至減小到振幅OB時(shí)為止。
（二）機(jī)床加工過程中產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件

如果在一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)，振動(dòng)系統(tǒng)從電動(dòng)機(jī)獲得的能量大于振動(dòng)系統(tǒng)對外界做功所消耗的能量，若兩者之差剛好能克服振動(dòng)時(shí)阻尼所消耗的能量，則振動(dòng)系統(tǒng)將有等幅振動(dòng)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生。

圖中是一個(gè)單自由度振動(dòng)系統(tǒng)模型，振動(dòng)系統(tǒng)與刀架系統(tǒng)相連，且只在y方向振動(dòng)。為分析問題簡便起見，暫不考慮系統(tǒng)阻尼的作用。分析可知，在刀架振動(dòng)系統(tǒng)振入工件的半個(gè)周期內(nèi)，它的振動(dòng)位移y振入與徑向切削力Fy振入方向相反，切削力作負(fù)功（相當(dāng)于刀架振動(dòng)系統(tǒng)將已被壓縮的彈簧k經(jīng)振入運(yùn)動(dòng)而將所積蓄的部分能量釋放出來）；而在刀架振動(dòng)系統(tǒng)振出工件的半個(gè)周期內(nèi)，它的振動(dòng)位移y振出與徑向切削力Fy振出方向相同，切削力作正功（相當(dāng)于刀架振動(dòng)系統(tǒng)通過振出運(yùn)動(dòng)使彈簧k壓縮而獲得能量）。只有正功大于負(fù)功，或者說只有系統(tǒng)獲得的能量大于系統(tǒng)對外界釋放的能量，系統(tǒng)才有可能維持自激振動(dòng)。若用E吸收表示前者，E消耗表示后者，則產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件可表示為:

E吸收>E消耗。

（三）機(jī)械加工過程中自激振動(dòng)的激振機(jī)理

1.振紋再生原理

在金屬切削過程中，除極少數(shù)情況外，刀具總是部分地或完全地在帶有波紋的表面上進(jìn)行切削的。

首先來研究車刀作徑向切削的情況，此時(shí)車刀只作橫向進(jìn)給，車刀將完全地在工件前一轉(zhuǎn)切削時(shí)留下的波紋表面上進(jìn)行切削，如下圖示。假定切削過程受到一個(gè)瞬時(shí)的偶然擾動(dòng)力Fd的作用，如右下圖示，刀具與工件便會(huì)發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)（自由振動(dòng)），它的幅值將因系統(tǒng)阻尼的存在而逐漸衰減，但該振動(dòng)會(huì)在已加工表面上留下一段振紋。此時(shí)切削厚度將發(fā)生波動(dòng)，因而產(chǎn)生了交變的動(dòng)態(tài)切削力。如果機(jī)床加工系統(tǒng)滿足產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件，振動(dòng)便會(huì)進(jìn)一步發(fā)展到圖d示的持續(xù)的顫振狀態(tài)。我們將這種由于切削厚度變化效應(yīng)而引起的自激振動(dòng)稱為再生型顫振。

2.振型耦合原理
三、控制機(jī)械加工振動(dòng)的途徑

當(dāng)機(jī)械加工過程中出現(xiàn)影響加工質(zhì)量的振動(dòng)時(shí)，首先應(yīng)該判別這種振動(dòng)是強(qiáng)迫振動(dòng)還是自激振動(dòng)，然后再采取相應(yīng)措施來消除或減小振動(dòng)。

消除振動(dòng)的途徑有三：消除或減弱產(chǎn)生振動(dòng)的條件；改善工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性；采用消振減振裝置。
（一） 消除或減弱產(chǎn)生振動(dòng)的條件

1. 消除或減弱產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)的條件

（1）減小機(jī)內(nèi)外干擾力

機(jī)床上高速旋轉(zhuǎn)的零部件必須進(jìn)行平衡，是質(zhì)量不平衡控制在允許范圍內(nèi)。

（2）調(diào)整振源頻率
由強(qiáng)迫振動(dòng)的特征可知，當(dāng)干擾力的頻率接近系統(tǒng)某一固有頻率時(shí)，就會(huì)發(fā)生共振。因此，可通過改變電機(jī)轉(zhuǎn)速或傳動(dòng)比，使激振力的頻率遠(yuǎn)離機(jī)床加工薄弱環(huán)節(jié)的固有頻率，以免共振。

（3）采取隔振措施

使振源產(chǎn)生的部分振動(dòng)被隔振裝置所隔離或吸收。隔振方法有兩種：一種使主動(dòng)隔振，阻止機(jī)內(nèi)振源通過基地外傳；另一種使被動(dòng)隔振，阻止機(jī)外干擾力通過地基傳給機(jī)床。

2. 消除或減弱產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件

（1） 減小重疊系數(shù)

再生型顫振是由于在有波紋的表面上進(jìn)行切削引起的，如果本轉(zhuǎn)（次）切削根本就不與前轉(zhuǎn)(次)切削振紋相重疊，就不會(huì)發(fā)生再生型顫振。

（2）減小切削剛度 （3）增加切消阻尼 （4）調(diào)整振動(dòng)系統(tǒng)小剛度主軸的位置

（二）改善工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性

1.提高工藝系統(tǒng)的剛度 2.增大工藝系統(tǒng)的阻尼

（三）采用各種消振裝置

1.動(dòng)力式減振器 2.摩擦式減振器 3.沖擊式減振器