机械加工中的自激振动
自激振动是在外界偶然因素激励下产生的振动,但维持振动的能量来自振动系统本身,并与切削过程密切相关。
这种在切削过程中产生的自激振动也叫做颤振。
由于切削过程本身的原因,在一定条件下,即使没有外加激振力维持,切削力也可能产生周期性的变化,并由这个周期性变化的动态力反过来对振动系统做功,即输入能量,来补偿系统由于阻尼耗散的能量,以加强和维持这种振动。
这种由振动过程本身所产生的周期性动态力所维持的振动,就是自激振动。
切削过程中产生的自激振动是频率较高的强烈振动,通常又称为颤振。
颤振常常是影响加工表面质量及生产效率的主要因素。
自激振动的振动频率接近于或略高于工艺系统的低频振型固有频率,这是区分自激振动与强迫振动的最本质特点。
1.再生自激振动原理
在切削或磨削加工中,一般进给量不大,刀具的副偏角较小,当工件转过一圈开始切削下一圈时,刀刃会与已切过的上一圈表面接触,即产生重叠切削。
重叠切削是再生颤振发生的必要条件,但并不是充分条件。
实际加工中,重叠切削极为常见,并不一定产生自激振动。
相反,如果系统是稳定的,非但不产生振动,还可以将前
一转留下的振纹切除掉。
除系统本身的参数外,再生颤振的另一个必要条件是前后两次波纹的相位关系。
2.振型耦合自激振动原理
在有些情况下,如车削方牙螺纹外表面时,在工件相继各转内不存在重叠切削现象,这样就不存在发生再生颤振的必要条件。
但生产中经常发现,当切削深度增加到一定程度时,仍然可能发生切削颤振。
可见,除了再生颤振外,还有其他的自激振动原因。
实验证明,在这种情况下发生的颤振,刀尖与工件相对运动的轨迹是一个形状和位置都不十分稳定的椭圆,通常称为变形椭圆,其长轴称为变形椭圆主轴。
振动轨迹为椭圆说明,颤振既发生在Y轴方向,也存在于Z轴方向,不是单自由度问题。
可用振型耦合自振原理来解释这种自激振动。