第五節機械加工過程中的振動第一頁，共十九頁，編輯于2023年，星期一1）刀具相對于工件振動會使加工表面產生波紋，這將嚴重影響零件的使用性能。2）刀具相對于工件振動，切削截面、切削角度等將隨之發生周期性變化，工藝系統將承受動態載荷的作用，刀具易于磨損（有時甚至崩刃），機床的連接特性會受到破壞，嚴重時甚至使切削加工無法進行。第二頁，共十九頁，編輯于2023年，星期一3）為了避免發生振動或減小振動，有時不得不降低切削用量，致使機床、刀具的工作性能得不到充分發揮，限制了生產效率的提高。綜上分析可知，機械加工中的振動對于加工質量和生產效率都有很大影響，須采取措施控制振動。第三頁，共十九頁，編輯于2023年，星期一一、機械加工過程中的強迫振動強迫振動：機械加工過程中的強迫振動是指在外界周期性于擾力的持續作用下，振動系統受迫產生的振動。機械加工過程中的強迫振動與一般機械振動中的強迫振動沒有本質上的區別。機械加工過程中的強迫振動的頻率與干擾力的頻率相同或是其整數倍；當干擾力的頻率接近或等于工藝系統某一薄弱環節固有頻率時，系統將產生共振。第四頁，共十九頁，編輯于2023年，星期一強迫振動的振源有來自于機床內部的機內振源和來自機床外部的機外振源。機外振源甚多，但它們都是通過地基傳給機床的，可以通過加設隔振地基來隔離外部振源，消除其影響。機內振源主要有：機床上的帶輪、卡盤或砂輪等高速回轉零件因旋轉不平衡引起的振動；機床傳動機構的缺陷引起的振動；液壓傳動系統壓力脈動引起的振動；由于斷續切削引起的振動等。第五頁，共十九頁，編輯于2023年，星期一如果確認機械加工過程中發生的是強迫振動，就要設法查找振源，以便消除振源或減小振源對加工過程的影響。第六頁，共十九頁，編輯于2023年，星期一二、機械加工過程中的自激振動（顫振）1．機械加工過程中的自激振動與強迫振動相比，自激振動具有以下特征：l）機械加工中的自激振動是指在沒有周期性外力（相對于切削過程而言）干擾下產生的振動運動。2）自激振動的頻率接近于系統某一薄弱振型的固有頻率。圖第七頁，共十九頁，編輯于2023年，星期一三、自激振動的激振機理1．振紋再生原理在刀具進行切削的過程中，若受到一個瞬時的偶然擾動力的作用，刀具與工件便會產生相對振動（屬自由振動），振動的幅值將因系統阻尼的存在而逐漸衰減。但該振動會在已加工表面上留下一段振紋。當工件轉過一轉后，刀具便會在留有振紋的表面上進行切削，切削厚度時大時小，這就有動態切削力產生。如果機床加工系統滿足產生自激振動的條件，振動便會進一步發展到持續的振動狀態。第八頁，共十九頁，編輯于2023年，星期一

再生型切削顫振：這種由于切削厚度變化效應（簡稱再生效應）而引起的自激振動稱為再生型切削顫振。圖4-49再生型顫振的產生過程第九頁，共十九頁，編輯于2023年，星期一

切削過程一般都是部分地或完全地在有振紋（波紋）的表面上進行的，車削、銑削、刨削、鉆削、磨削等均不例外，由振紋再生效應引發的再生型切削顫振是機床切削的主要形態。第十頁，共十九頁，編輯于2023年，星期一產生再生型顫振的條件，一般說，本轉（次）切削的振紋與前轉（次）切削的振紋總不會完全同步，它們在相位上有一個差值。設本轉（次）切削的振動運動為：

則上轉(次)切削的振動運動為第十一頁，共十九頁，編輯于2023年，星期一式中Ｔ－工件轉一轉的時間；－振動源頻率；－本轉（次）切削的振動振幅；－上轉（次）切削的振動幅值。2．振型耦合原理實際振動系統一般都是多自由度系統。第十二頁，共十九頁，編輯于2023年，星期一四、控制機械加工振動的途徑（一）消除或減弱產生振動的條件1．消除或減弱產生強迫振動的條件（1）消除或減小內部振源機床上的高速回轉零件必須滿足動平衡要求；提高傳動元件及傳動裝置的制造精度和裝配精度，保證傳動平穩；使動力源與機床本體分離。

第十三頁，共十九頁，編輯于2023年，星期一（2）調整振源的頻率通過改變傳動比，使可能引起強迫振動的振源頻率遠離機機床加工系統薄弱環節的固有頻率，避免產生共振。

（3）采取隔振措施使振源產生的部分振動被隔振裝置所隔離或吸收。隔振方法有兩種，一種是主動隔振，阻止機內振源通過地基外傳；另一種是被動隔振，阻止機外干擾力通過地基傳給機床。常用的隔振材料有橡皮、金屬彈簧、空氣彈簧、礦渣棉、木屑等。第十四頁，共十九頁，編輯于2023年，星期一2．消除或減弱產生自激振動的條件

（1）減小重疊系數再生型顫振是由于在有波紋的表面上進行切削引起的，如果本轉（次）切削不與前轉（次）切削振紋相重疊，就不會有再生型顫振發生。重疊系數越小，就越不容易產生再生型顫振。重疊系數值大小取決于加工方式、刀具的幾何形狀及切削用量等。適當增大刀具的主偏角和進給量，均可使重疊系數減小。重疊系數：圖第十五頁，共十九頁，編輯于2023年，星期一

（2）減小切削剛度減小切削剛度可以減小切削力，可以降低切削厚度變化效應（再生效應）和振型耦合效應的作用。改善工件材料的可加工性、增大前角、增大主偏角和適當提高進給量等，均可使切削剛度下降。

（3）合理布置振動系統小剛度主軸的位置。

第十六頁，共十九頁，編輯于2023年，星期一（二）改善工藝系統的動態特性

1．提高工藝系統剛度提高工藝系統薄弱環節的剛度，可以有效地提高機床加工系統的穩定性。提高各結合面的接觸剛度，對主軸支承施加預載荷，對剛性較差的工件增加輔助支承等都可以提高工藝系統的剛度。第十七頁，共十九頁，編輯于2023年，星期一

2．增大工藝系統的阻尼增大工藝系統中的阻尼，可通過多種方法實現。例如，使用高內阻材料制造零件，增加運動件的相對摩擦，在床身、立柱的封閉內腔中充填型砂，在主振方向安裝阻振器等。

（三）采用減振裝置

常用的減振裝