机械加工过程中的振动

机械加工过程中的振动（精选11篇）

机械加工过程中的振动 第1篇

1 机械加工过程中振动分类

1.1 自由振动

当振动系统受到初始干扰力 (又称激振力) 的作用而破坏了平衡状态后, 去掉激振力或约束后所发生的振动, 称为自由振动。由于系统总是存在阻尼, 故自由振动总是衰减的, 因此, 一般来说, 自由振动对加工过程的影响不大。自由振动的特性取决于系统本身, 即其固有频率, 振型取决于振动系统的质量和刚度。

1.2 强迫振动

在外界周期性干扰力的作用下, 系统受迫产生的振动称为强迫振动。由于有外界周期性干扰力作能量补充, 所以振动能够持续进行。只要外界周期性干扰力存在, 振动就不会因阻尼而停止。强迫振动的频率等于外界周期性干扰力的频率或者是它的整数倍。

1.3 自激振动

由振动系统自身产生的交变力激发和维持的一种周期性振动称为自激振动。切削过程中产生的自激振动也称为颤振。

2 机械加工过程中强迫振动产生原因及消除办法

2.1 强迫振动产生的原因

强迫振动是由于工艺系统外界周期性干扰力的作用而引起的振动。机械加工中的强迫振动与一般机械中的强迫振动没有什么区别, 强迫振动的频率与干扰力的频率相同或是它的倍数。强迫振动产生的原因:强迫振动的振源又来自机床内部的机内振源和来自机床外部的机外振源两大类。机外振源甚多, 但它们都是通过地基传给机床的, 可通过加设隔振地基来隔离。机内振源主要有如下几个。

(1) 机床电机的振动。

(2) 机床高速旋转件不平衡引起的振动。

(3) 机床传动机构缺陷引起的振动, 如齿轮的侧隙、皮带张紧力的变化等。

(4) 切削过程中的冲击引起的振动。

(5) 往复运动部件的惯性力引起的振动

2.2 减少强迫振动的途径

(1) 对工艺系统中的回转零件进行平衡处理。

(2) 提高工艺系统中传动件的精度:以减小冲击。

(3) 提高工艺系统的刚度。

(4) 隔振:隔离机外振源对工艺系统的干扰。

3 机械加工过程中自激振动产生原因及消除办法

3.1 自激振动产生的原因

自激振动与强迫振动相比, 虽然都是稳定的等幅振动, 但维持自激振动的不是外加的激振力作用, 而是由系统自身引起的交变力作用。系统若停止运动, 交变力也随之消失, 自激振动也就停止了。

3.2 自激振动主要的特征

机械加工中的自激振动是在没有周期性外力干扰下所产生的振动运动, 这一点与强迫振动有原则区别。机床系统产生振动的交变力由切削过程产生, 而切削过程同时又受到机床系统振动的影响, 机床系统的振动一旦停止, 交变切削力也就随之消失。如果切削过程平稳, 即使机床加工系统存在产生自激振动的条件, 也因切削过程没有交变切削力, 自激振动也不会产生。维持自激振动的能量来自机床电动机, 电动机除了供给切除切屑的能量外, 还通过切削过程把能量输给振动系统, 使机床系统产生振动。自激振动的频率接近于系统的某一固有频率, 或者说, 自激振动的频率取决于振动系统的固有特性。这一点与强迫振动根本不同, 强迫振动的频率取决于外界干扰力的频率。自由振动受阻尼作用将迅速衰减, 而自激振动却不因有阻尼存在而衰减为零。

3.3 消减自激振动的措施

(1) 调整振动系统小刚度主轴的位置, 使其处于切削力F与加工表面的法线方向的夹角范围之外, 如镗孔时采用削扁镗杆, 车外圆时, 车刀反装。

通过改变切削用量和刀具几何形状, 减小重叠系数, 如采用直角偏刀车外圆。

减小切削速度, 增大进给、主偏角、前角。

(2) 适当提高切削速度;改善被加工材料的可加工性。

(3) 增加切削阻尼;适当减小刀具的后角;在后刀面上磨出消振棱;适当增大钻头的横刃;适当使刀尖高于 (车外圆) 、低于 (樘内孔) 工件中心线, 以获得小的工作后角。为消减刀具的高频振动, 宜增大刀具的后角和前角。

(4) 调整切削速度, 避开临界切削速度。在切断、车端面或使用宽刃刀具、成形刀具和螺纹刀具时, 宜取切削速度小于临界切削速度。纵车和切环形工件端面时, 切削速度大于临界切削速度等。

(5) 提高工艺系统刚度, 可提高抗振性。车刀安装时不宜伸出过长, 镗刀尽可能选得短而粗;尽量缩短尾座套筒的伸出长度;加工细长轴时, 采用中心架或跟刀架, 或用主偏角很大的细长轴车刀来消除振动。

(6) 尽可能不采用容易产生积屑瘤的切削速度。

(7) 采用合适的切削用量。可采用减少切削宽度, 同时增加切削厚度。

4 结语

机械加工过程产生的振动是非常复杂的, 只有是不断分析和总结讨论, 根据不同情况分析产生的原因, 才能更好的采取措施加以消除和控制, 以保证加工工件的质量要求, 提高生产率, 创造良好工作环境。

摘要：一般说来, 机械加工过程中的振动是一种十分有害的现象, 它对于加工质量和生产效率都有很大影响, 必须认真对待。在切削过程中, 当振动发生时, 加工表面将恶化, 产生较明显的表面振痕。本文主要论述了机械加工过程中振动的产生原因, 并提出了一些自己的观点看法, 希望能为解决振动产生的不良影响提供一些思考。

关键词：机械加工,振动,影响

参考文献

[1]江志国.浅析机械振动的原因及其防止措施[J].现代经济信息, 2009 (8) .

[2]朱振和.激光测量机械振动的一种新方法[J].首都师范大学学报 (自然科学版) , 1994 (3) .

[3]杨非.浅谈如何提高机械加工精度[J].职业技术, 2009 (10) .

[4]姜凤霞.数控机床加工精度异常诊断[J].郑铁科技通讯, 2009 (1) .

[5]王文欣.机械加工精度研究[J].装备制造, 2009 (12) .

[6]佟晓飞.机械加工精度的影响因素及提高措施初探[J].黑龙江科技信息, 2009 (19) .

机械加工过程中的振动 第2篇

摘 要：在城市化进程不断加深的社会背景下，高速公路与桥梁所发挥的重要作用是无可替代的，在路桥建设水平逐渐提升的同时，对机械设备的操作提出了更高的要求，部分施工方由于机械设备管理工作存在一定的缺失，这就使得实际管理项目中安全隐患的相对存在，?@不仅会导致后续施工项目难以推进，更严重的还会导致整体施工质量的严重下降，这必然会给施工方带来直接经济损失。本文就从路桥机械设备管理中存在的隐患问题入手，提出了相应可行的优化对策，以期为提高设备管理水平提供参考依据。

关键词：机械设备；管理；隐患与对策

在经济技术发展的同时，也进一步带动了城市交通事业的高速运行，而道桥施工质量的相对提升需要依托于机械化的高度支持，虽然我国目前的机械应用效率得到了明显提升，但是其实际管理中各项问题却普遍存在，这不仅会导致机械设备运行效率难以发挥其最大功效，更会对施工项目造成滞后性影响，造成这种弊端性问题的主要原因就是施工方本身的综合能力难以与高标准需求相符合，在机械设备方面呈现出了较多不足之处，这将在一定程度上阻碍施工企业的长远发展。

一、路桥机械设备管理存在的隐患

1.管理体系不够完善

无规矩不成方圆，在施工企业中也是如此，高标准的机械设备管理工作，必然离不开有针对性管理体系的高度支持，这就需要在结合施工需求的基础上，构建能够与企业协调运行管理机制，将细化责任落到管理项目中各个工作人员的身上，实现工作人员的科学配置，这样既能避免管理工作出现交问题，也能进一步促使设备管理人员形成对自身所处位置的重要性认识，从而不断加深他们的责任意识。但是在实际管理过程中，施工项目并没有实现真正意义上的简化，不仅管理工作中存在大量交叉性项目，施工队伍的人员配置数量及结构更是难以达到标准化范畴，而管理人员本身对岗位理解也存在方向性的偏移问题，后续施工项目的高效推进必然受到阻碍性影响。

机械设备管理虽然是施工流程中不可或缺的一部分，但是在能效发挥上，机械设备高效管理所带来的积极作用却是不可小觑的，这是因为该项工作不仅是对施工现场机械设备的管理，其涵盖范围存在一定的拓展性特点，从细化层面上来看，设备管理能够对后续项目的高效推进带来积极或者相对消极的影响，这就需要将此类问题重视起来，避免由于设备管理不善导致施工流程推进难度大等问题的出现，确保路桥施工机械管理过程能够始终保持规范化及合理化。在这一过程中如果管理部门与施工部门难以协调发展，就会激化相应内部矛盾，这是不利于施工进程快速推进的，因此不难发现，机械设备管理制度缺少合理性及针对性，就会导致施工期间内频繁出现各类问题，相对的施工质量必然会受到不利影响。

2.路桥机械设备管理不全面

在市场竞争日益激烈的建筑行业，建设单位对人才与设备的管理方案非常重视。为了保证工程能够跟上社会需求，适应当前的经济发展环境，施工企业必须格外重视路桥机械设备管理工作。但是当前的施工企业对路桥机械设备管理工作的重视程度明显不够，在以下几个方面做得还不够好：有些路桥机械设备过于陈旧。在正常使用路桥机械设备的时候路桥机械设备需要长时间调试，施工效率不够高，导致施工进度缓慢。施工技术得不到提升，严重落后于市场的平均水平，那么施工企业就会处于劣势，不利于施工企业的发展。同时，施工企业为了加快施工进度，提高施工效率，不考虑自身的资金状况，大量购买先进的施工设备，以增强自身综合竞争能力，这样的行为也是不可取的。先进设备的购买不仅需要雄厚的资金支持，还需要一定的技术支持，若大量购买先进的设备，一来会导致大量的旧设备进入闲置阶段，加大施工企业的成本，二来没有适当的技术支持，先进的设备同样不能最大限度地发挥效能。

3.人才培养不到位

我国的建筑行业是一个起步较晚的行业，多数企业的员工没有足够的知识结构、职业素养。一些企业对员工的工作经验非常看重，但对一些年轻员工却不重视，导致具有一定专业知识的年轻员工无法发挥才能。一些施工企业注重短期投资，看重一时的经济效益，忽视长期的经济收益，严重制约了施工企业的发展。一些企业对自身的综合实力极为看重，利用大量的资金购买先进的机械设备来增强自身的竞争能力，但是对人才培养方面的投资很少，导致员工的技术水平与机械设备不在同一层次，难以实现路桥机械设备现代化管理。

二、提高路桥机械设备管理水平的优化对策

1.完善路桥机械设备管理体系

建立科学的路桥机械设备管理体系，对施工企业内部的各项事务进行综合性管理，要求每一个管理层直接对上级负责，若发现有管理不到位的现象，直接通过各级的管理层将问题落实到个人，适当调整专业管理与群众管理的比例，培养员工的积极性，使企业员工发挥自身的职能。制定企业的基本管理制度，对于机械设备指定专人进行管理，对于机械设备出现的问题找出原因，及时上报，以便机械设备的保养与维修，为更好地开展机械化施工和建立机械设备管理制度提供前提条件。管理制度的运行效果对企业的施工进度和经济效益有着非常大的影响。

2.加强路桥机械设备管理

路桥机械设备的管理、保养、维护是非常关键的。任何路桥机械设备在使用之后，其性能都存在一定的缺陷，若得不到及时保养与维护，就会导致路桥机械设备的使用寿命下降。但是对路桥机械设备的管理与维护不能太过频繁，一来没有良好的维护效率，二来增加了管理成本，降低企业的收益。路桥机械设备管理部门应及时对老旧设备进行更换，降低老旧设备的维护成本和折旧费。按时增加新的设备，在考虑到企业的财力的同时，保证企业的施工能够正常进行。

3.加大人才培养力度

企业需要人才的支持，优秀的人才能够为企业创造足够的利润，为企业的可持续发展提供更加广阔的空间。施工企业应该注重人才的培养，对路桥机械设备在原有的性能上进行改良，提高工作效率。加快人才的培养，使新的机械设备能够很快地应用到施工中，提高施工人员的职业素养，增强施工企业的综合竞争能力。积极参加关于设备管理、保养、维护的研讨会，交流机械设备的使用方法，形成一个良好的、积极向上的学习环境，并安排人员与其他企业进行交流，培养复合型人才，提高自身的职业素养。

总体而言，由于科学技术水平的提高以及科技生产力的改善，机械设备越来越大型化、自动化、高精度化，其类型及功能越加符合社会生产和生活的需要。当然，这也使得机械设备管理工作成为路桥建设的一项颇为重要的内容。加强路桥机械设备管理工作，有益于完善路桥机械设备管理体系，加强设备管理工作。加大人才培养力度，增强企业路桥机械设备管理水平，提高企业的经济收益，增加企业的市场竞争能力。

参考文献：

机械加工过程中的振动 第3篇

关键词：机械加工 强迫振动 自激振动 预防措施

0 引言

机械加工中的振动对加工表面品质和生产率有很大的影响，是一种十分有害的物理现象。若加工中产生了振动，刀具与工件间将产生相对位移，会使加工表面产生振痕，严重影响零件的表面品质和性能；振动使刀具受到附加动载荷，加速刀具磨损，有时甚至崩刃；同时振动使机床、夹具等的连接部分松动，从而增大间隙，降低刚度和精度，缩短使用寿命，严重时甚至使切削加工无法继续进行；振动中产生的噪声还将危害操作者的身体健康。为减小振动，有时不得不降低切削量，使机床加工的生产效率降低。因此，研究分析机械加工中的振动原因和特性，寻求控制振动的有效途径是很有必要的。

1 机械加工振动的表现和特点

振动分强迫振动和自激振动两种类型。具体表现和特点如下。

1.1 强迫振动 强迫振动是物体受到一个周期变化的外力作用而产生的振动。如在磨削过程中，由于电动机、高速旋转的砂轮及皮带轮等不平衡，三角皮带的厚薄或长短不一致，油泵工作不平稳等，都会引起机床的强迫振动，它将激起机床各部件之间的相对振动幅值，影响机床加工工件的精度，如粗糙度和圆度。对于刀具或做回转运动的机床，振动还会影响回转精度。强迫振动的特点是：①强迫振动本身不能改变干扰力，干扰力一般与切削过程无关(除由切削过程本身所引起的强迫振动外)。干扰力消除，振动停止。如外界振源产生的干扰力，只要振源消除，导致振动的干扰力自然就不存在了。②强迫振动的频率与外界周期干扰力的频率相同，或是它的整倍数。③干扰力的频率与系统的固有频率的比值等于或接近与1时，产生共振，振幅达到最大值。此时对机床9O_T_过程的影响最大。④强迫振动的振幅与干扰力，系统的刚度及阻尼大小有关。干扰力越大、刚度及阻尼越小，则振幅越大，对机床的加工过程影响也就越大。

1.2 自激振动 是由振动系统本身在振动过程中激发产生的交变力所引起的不衰减的振动，就是0激振动。即使不受到任何外界周期性干扰力的作用，振动也会发生。如在磨削过程中砂轮对工件产生的摩擦会引起自激振动。工件、机床系统刚性差，或砂轮特性选择不当，都会使摩擦力加大，从而使自激振动加剧。或由于刀具刚性差、刀具几何角度不正确引起的振动，都属于自激振动。自激振动的特点是：①自激振动的频率等于或接近系统的固有频率。按频率的高低可分为高频颤振(一般频率在500～50O0Hz)及低频颤振(一般频率为50 500Hz o②自激振动能否产生及其振幅的大小，决定于每一振动内系统所获得的能量与阻尼消耗能量的对比情况。③由于持续自激振动的干扰力是由振动过程本身激发的，故振动中止，干扰力及能量补充过程立即消失。

2 振动产生的原因分析

产生振动的原因复杂多变，根据机加工行业出现的振动现象及两种不同类型振动的表现形式，分析原因，大致如下：

2.1 强迫振动产生的原因 ①机床上回转件不平衡所引起的周期性变化的离心力。如由于电机或卡盘、皮带轮回转不平衡引起的。②机床传动零件缺陷所引起的周期性变化的传动力。如因刀架、主轴轴承、拖板塞铁等机床部件松动或齿轮、轴承等传动零件的制作误差而引起的周期性振动。③切削过程本身不均匀性所引起的周期性变化的切削力。如车削多边形或表面不平的工件及在车床上加工外形不规则的毛坯工件。④往复运动部件运动方向改变时产生的惯性冲击。如平面磨削过程的方向改变或瞬时改变机床的回转方向。⑤由外界其他振源传来的干扰力。在锻造车间附近，因空气锤的振动引起其他机床的强迫振动，甚至共振。

2.2 自激振动产生的原因 ①切削过程中，切屑与刀具、刀具与工件之间摩擦力的变化。②切削层金属内部的硬度不均匀。在车削补焊后的外圃或端面而出现的硬度不均现象，常常引起刀具崩刀及车床自振现象。③刀具的安装刚性差，如刀杆尺寸太小或伸出过长，会引起刀杆颤动。④工件刚性差。如加工细长轴等刚性较差工件，会导致工件表面出现波纹或锥度。⑤积屑瘤的时生时灭，时切削过程中刀具前角及切削层横截面积不时改变。⑥切削量不合适引起的振动，切削宽而薄的切削易振动。

3 预防措施

3.1 控制强迫振动的途径 强迫振动是由于外界周期性干扰力引起的，因此为了消除受迫振动，应先找出振源，然后采取适应的措施加以控制。

3.1.1 减小或消除振源的激振力。对转速在600r／min以上的零件如砂轮、卡盘、电动机转子等必须经过平衡，特别是高速旋转的零件，如砂轮，因其本身砂粒的分布不均匀和工作时表面磨损不均匀等原因，容易造成主轴的振动，因此对于新换的砂轮必须进行修整前和修整后的两次平衡。提高齿轮的制造精度和装配精度，特别是提高齿轮的工作平稳性精度，从而减少因周期性的冲击而引起的振动，并可减少噪声；提高滚动轴承的制造和装配精度，以减少因滚动轴承的缺陷而引起的振动：选用长短一致、厚薄均匀的传动带等。

3.1.2 调整振源频率。避免激振力的频率与系统的固有频率接近，以防止共振。采取更换电动机的转速或改变主轴的转速来避开共振区；用提高接触面精度、降低结合面的粗糙度、消除间隙、提高接触刚度等方法，来提高系统的刚度和固有频率。

3.1.3 采用隔振措施。机床的电机与床身采用柔性联接以隔离电机本身的振动；把液压部分与机床分开；采用液压缓冲装置以减少部件换向时的冲击；采用厚橡皮、木材将机床地基隔离，用防振沟隔开设备的基础和地面的联系，以防止周围的振源通过地面和基础传给机床等。

3.2 控制自激振动的途径

3.2.1 合理选用刀具的几何参数 试验和理论研究表明，刀具的几何参数中，对振动影响最大的是主偏角Kr和前角γ0。由于切屑越宽越容易产生振动，而Kr越小，切削宽度越宽，因此越易产生振动，前角γ0越大，切削力越小，振幅也越小。

3.2.2 提高工艺系统的抗振性 工艺系统本身的抗振性能是影响颤振的主要因素之一。应设法提高工艺系统的接触刚度，如对接触面进行刮研，减小主轴系统的轴承间隙，对滚动轴承施加一定的预紧力，提高顶尖孔的研磨质量等。加工细长轴时，使用中心架或跟刀架，尽量缩短镗杆和刀具的悬伸量，用死顶尖代活顶尖，采用弹性刀杆等都能收到较好的减振效果。

3.2.3 采用减振装置 当采用上述措施仍然达不到消振的目的时，可考虑使用减振装置。减振装置通常都是附加在工艺系统中，用来吸收或消耗振动时的能量，达到减振的目的。它对抑制强迫振动和颤振同样有效，是提高工艺系统抗振性的一个重要途径，但它并不能提高工艺系统的刚度。

3.2.4 调整振型的刚度比 根据振型耦合原理，工艺系统的振动还受到各振型的刚度比以及其组合的影响。合理调整它们之间的关系，就可以有效地提高系统的抗振性，抑制自激振动。

4 结束语

机械加工过程中的振动 第4篇

1.1 强迫振动

强迫振动在机械加工过程中是比较常见的, 这一问题主要是由于在机械加工过程中受到外界周期性的干扰, 使得系统被迫出现振动的现象。由于外界的干扰力呈周期性, 所以可以为机械振动提供持续的动力。只要存在外界干扰力, 这种振动就不会停止。

1.2 自由振动

自由振动与强迫振动存在差异, 这一种振动方式是系统在运行初期时受到了激振力的作用, 使得系统平衡遭到破坏而产生的振动。但是由于在机械加工过程中存在阻尼, 所以自由振动是逐渐减弱的。一般来说, 在机械加工过程中这种振动并不会产生太大影响。

1.3 自激振动

在机械加工过程中自激振动出现的频率较小, 但是影响较大。这种振动是在交变力与周期性振动共同作用的情况下产生的。如果在机械切削过程中出现这种振动, 也被称作颤振。

2 造成机械加工振动的原因

2.1 产生自由振动的原因

自由振动是机械加工过程中最简单的振动形式, 振动比率只占总比例的5%。而造成这种振动的原因主要有以下几个方面:一是在加工机械设备时, 如果切削力突然发生改变, 就会引起自由振动。二是在加工机械设备时, 如果突然出现外界的冲击力, 也会导致自由振动的出现。在机械加工过程中, 如果出现自由振动, 其振动幅度会逐渐减弱, 这是由于在加工过程中没有外力补充, 所以这种振动对机械加工的影响相对较小。但是一旦出现自由振动很容易引发自激振动。

2.2 产生强迫振动的原因

在机械加工过程中强迫振动产生的影响较大, 而造成强迫振动的原因主要有两个, 即工艺系统内部因素和工艺系统外部因素。在机械加工过程中很容易出现强迫振动, 而造成这一振动出现的原因主要是工艺系统的内部因素, 表现在以下几个方面: (1) 离心惯性力导致的强迫振动。在进行机械加工时需要运用多种机器, 比如皮带轮、电动机转子、联轴节以及高速回转工件等, 这些设备在运行过程中经常会出现不平衡问题, 从而出现离心惯性力。在这一种力的作用下会造成强迫振动, 一般元件的转数决定了振动的频率。 (2) 在机械加工过程中系统传动机构存在问题。在加工过程中加工机械经常存在问题, 比如旋转零件规格存在误差等。这一问题会加大周期性的干扰力度, 使得强迫振动出现。 (3) 加工过程存在间歇问题, 在加工时加工件与间断位置要进行有节奏的交替, 这就会产生激振力, 引发振动。引发强迫振动的外部因素, 主要表现在以下几个方面: (1) 主要因素是地基振动因素, 在机械加工现场存在强烈的地基振动, 比如说大型设备在运行过程造成的振动等, 会导致强迫振动的产生。 (2) 在加工机械设备时需要往复运动的, 比如液压件。这些因素也会导致强迫振动的出现。

2.3 产生自激振动原因

在机械加工过程中自激振动经常出现, 而造成这一振动问题出现的原因主要有四个: (1) 在切削零件时, 刀具、工件之间存在一定的摩擦力, 这就会导致自激振动的出现。 (2) 在加工过程中设备内部的硬度不均匀, 会出现崩刀现象, 从而引发了自激振动。 (3) 在加工过程中刀具在安装时刚性较差, 刀杆会发生颤动, 从而引发振动问题。 (4) 在进行细长轴等工件加工时, 因为工件的刚性较弱, 所以在工件的表面会出现波纹, 从而引发振动。

3 防治机械振动的具体方式

依据调查显示, 在进行机械加工时自激振动出现的频率最高, 约为振动发生的65%, 而强迫振动出现的几率为30%, 自由振动只占5%。所以, 在机械加工过程中自激振动的危害最大, 而自由振动对机械加工的影响和危害性最小。要想解决机械加工过程中的振动问题就要从自激振动和强迫振动入手。

3.1 降低强迫振动的具体方式

要想有效降低强迫振动出现的频率, 就要找到造成这种振动的原因, 从根源上解决这一问题。

(1) 降低激振力。在机械加工过程中存在回转不平衡问题, 这就会导致激振力的产生。要想降低激振力就要解决元件不平衡问题, 减少冲击力和离心力对系统的影响。首要要保证电动转子、砂轮以及刀盘等具备高转速的元件的平衡性, 保证在装置过程中的平衡性。其次是要可能保证传动装置的稳定程度, 比如说在加工机械设备时要尽量保证传动皮带长度一致, 要使用斜齿轮等。保证传动的稳定程度。在机械加工过程中要调整设备轴心的轴度, 提高设备的精确度, 保证装配质量。 (2) 降低外来振动对设备的影响。在进行机械加工时, 要将机床和动力源合理划分开, 可以在设备之间使用隔振材料, 这样就可以有效降低外来振动对设备的影响。 (3) 提高系统阻尼。要想降低机械加工过程的振动就要提高设备的刚度和稳定性, 而提高阻尼是解决这一问题的有效措施。要想提高阻尼主要从以下几个方面入手:在机床的主轴上安装阻尼器、在支承件上安装混凝土等阻尼材料。这样才能有效提高设备的阻尼, 增强设备稳定性。

3.2 减少自激振动的措施

自激振动主要影响因素来源于受切削过程中的工艺系统内部, 因此对自激振动控制应该从机械加工中的切削用量、刀具几何参数以及切削过程中的阻尼进行控制, 减小或消除自激振动。

(1) 合理选择切削用量。切削用量是指切削速度、进给量和切削深度三者的总称。切削速度对刀具寿命有非常大的影响.提高切削速度时, 切削温度就上升, 而使刀具寿命大大缩短.加工不同种类、硬度的工件, 切削速度会有相应的变化。 (2) 合理选择刀具几何角度。基本角度分别是在正交平面内的前角、后角;在切削平面内的刃倾角;在基面内的主偏角、副偏角。派生角度是刀尖角、楔角。因为前角、后角和楔角之和等于90°。在不同的测量面内, 都可以定义前角或后角。例如:在正交平面、法平面、切深平面、进给平面内都有其对应的前角和后角。阻尼器的应用。阻尼器是利用固体或液体的阻尼来消耗振动的能量, 实现减振。阻尼器的减振效果与其运动速度的快慢、行程的大小有关。运动越快、行程越长, 则减振效果越好。故阻尼器应装在振动体相对运动最大的地方。吸振器的应用。吸振器又分为动力式吸振器和冲击式吸振器两种:动力式吸振器它是利用弹性元件把一个附加质量块连接到系统上, 利用附加质量的动力作用, 以此来减弱振动;冲击式吸振器它是由一个在壳体内自由冲击的质量块和一个与振动系统刚性连接的壳体组成的。每当机械系统发生振动时, 由物体往复运动冲击壳体消耗了振动的能量, 所以可减小振动。 (3) 合理调整振型的刚度比, 提高加工系统动态特性。提高加工系统的刚度, 提高加工系统的刚度, 特别是薄弱环节的刚度, 便可有效提高机械系统的稳定性。对滚动轴承施加预载荷、提高各零件结合面间的接触刚度、镗孔时镗杆加上镗套、加工细长轴时采用中心架或跟刀架等等措施都可提高加工系统刚度。增加加工系统的阻尼, 阻尼比用于表达结构阻尼的大小, 是结构的动力特性之一, 是描述结构在振动过程中某种能量耗散的术语, 引起结构能量耗散的因素 (或称之为影响结构阻尼比的因素) 很多, 加工系统的阻尼来源于结合面上的摩擦阻尼、工件材料的内阻尼 (材料内摩擦产生的阻尼称内阻尼) 及其它附加阻尼。不同材料的内阻尼不同, 机床床身、立柱等大型支承件一般用铸铁制造, 因为铸铁的内阻尼比钢大, 如何增加加工系统的阻尼这方面需要人们进行认真的研究。

参考文献

[1]江志国.浅析机械振动的原因及其防止措施[J].现代经济信息, 2009 (8) .

高三物理教案：机械振动与机械波 第5篇

【摘要】鉴于大家对查字典物理网十分关注，小编在此为大家搜集整理了此文高三物理教案：机械振动与机械波，供大家参考!

本文题目：高三物理教案：机械振动与机械波

机械振动

1、判断简谐振动的方法

简谐运动：物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总指向平衡位置的回复力的作用下的振动。特征是：F=-kx,a=-kx/m.要判定一个物体的运动是简谐运动，首先要判定这个物体的运动是机械振动，即看这个物体是不是做的往复运动;看这个物体在运动过程中有没有平衡位置;看当物体离开平衡位置时，会不会受到指向平衡位置的回复力作用，物体在运动中受到的阻力是不是足够小。然后再找出平衡位置并以平衡位置为原点建立坐标系，再让物体沿着x轴的正方向偏离平衡位置，求出物体所受回复力的大小，若回复力为F=-kx,则该物体的运动是简谐运动。

2、简谐运动中各物理量的变化特点

简谐运动涉及到的物理量较多，但都与简谐运动物体相对平衡位置的位移x存在直接或间接关系：

如果弄清了上述关系，就很容易判断各物理量的变化情况

3、简谐运动的对称性

简谐运动的对称性是指振子经过关于平衡位置对称的两位置时，振子的位移、回复力、加速度、动能、势能、速度、动量等均是等大的(位移、回复力、加速度的方向相反，速度动量的方向不确定)。运动时间也具有对称性，即在平衡位置对称两段位移间运动的时间相等。

理解好对称性这一点对解决有关问题很有帮助。

4、简谐运动的周期性

5、简谐运动图象

简谐运动图象能够反映简谐运动的运动规律，因此将简谐运动图象跟具体运动过程联系起来是讨论简谐运动的一种好方法。

6、受迫振动与共振

(1)、受迫振动：物体在周期性驱动力作用下的振动，其振动频率和固有频率无关，等于驱动力的频率;受迫振动是等幅振动，振动物体因克服摩擦或其它阻力做功而消耗振动能量刚好由周期性的驱动力做功给予补充，维持其做等幅振动。

(2)、共振：○1共振现象：在受迫振动中，驱动力的频率和物体的固有频率相等时，振幅最大，这种现象称为共振。○2产生共振的条件：驱动力频率等于物体固有频率。○3共振的应用：转速计、共振筛。

(3)理解共振曲线的意义

单摆 考点分析：

一、周期公式的理解

1、周期与质量、振幅无关

2、等效摆长

3、等效重力加速度

二、摆钟快慢问题

三、利用周期公式求重力加速度，进而求高度

四、单摆与其他力学知识的综合机械波

二、考点分析:

①.波的波速、波长、频率、周期和介质的关系： ②.判定波的传播方向与质点的振动方向

方法一：同侧原理波的传播方向与质点的振动方向均位于波形的同侧。

方法二：逆描波形法用笔沿波形逆着波的传播方向描，笔势向上该处质点振动方向即向

③、已知波的图象，求某质点的坐标,波速,振动图象等

④已知波速V和波形，作出再经t时间后的波形图

方法

一、平移法：先算出经t时间波传播的距离x=Vt，再把波形沿波的传播方向平移x即可。因为波动图象的重复性，若已知波长，则波形平移n个时波形不变，当x=n+x时，可采取去n留零x的方法，只需平移x即可。

方法

二、特殊点法：在波形上找两特殊点，如过平衡位置的点和与它相邻的峰(谷)点，先确定这两点的振动方向，再看t=nT+t,由于经nT波形不变，所以也采取去整nT留零t的方法，分别作出两特殊点经t后的位置，然后按正弦规律画出新波形。

⑤已知某质点的振动图象和某时刻的波动图象进行分析计算

⑥已知某两质点的振动图象进行分析计算

概述金属材料加工中的振动的作用 第6篇

关键词：金属材料；加工；振动应用

1.振动加工的概述

1.1 振动加工的原理

振动器和振动电源是振动加工的核心技术，其技术是施加一定频率、方向和振幅在被加工材料或加工刀具上，进行瞬间、往复和间断的断续接触加工，与连续接触传统加工相对应。振动加工的系统可以制成加工中心式、机床附件式和专业机床式。

1.2 振动加工应用的优点

振动加工的应用可以降低被加工材料的变形阻力，进而使加工能耗得到降低，改善金属产品加工的质量。具体体现在以下主要几个方面：

（1）振动加工用于难加工材料的优点

对高强度材料，如钛合金、高钢筋的加工、不锈钢和高温合金等，进行振动攻丝，可以节省特殊丝锥的费用。对粘性材料，如铝、钢炮等的加工，进行振动铰孔，可以降低粗糙度，使由积屑瘤引起的表面深沟划痕得以消除。

（2）振动加工用于难加工结构的优点

对弱刚度结构，如细长杆、薄壁筒等的加工，进行振动车削，可以降低切削力，使加工变形显著得以降低。对难达到的结构，如曲面、死角和阶梯面等的加工，进行振动研抛，可以提高精度，进而提高研抛的效率。

（3）振动加工用于难加工表面完整性

振动去毛刺，可以将节流棱边和流量孔的毛刺去除，使雾化或流量的稳定性得以保证。振动挤压强化，可以将镀层内部和表面的缺陷消除，使表面压应力得以实现，进而使疲劳和气密性的寿命得到提高。振动去内部应力、振动少无应力切削，可以将内部和表面应力消除，使精度得到持久的保持。

2.金属材料加工中的振动应用

2.1 振动拉伸在金属材料加工中的应用

振动拉伸是最早在金属材料加工中得到应用的，低频振动拉伸和超声振动拉伸是振动拉伸的两大类型。由我国陈元平发明的超声波拉丝装置，其特征在于，包括具有拉丝孔的拉丝模头、依次连接的换能器、变幅杆和工具头，所述换能器与超声波驱动电源相连，所述拉丝模头通过连接件安装于工具头上。其在金属材料加工中，具有提高拔丝速度、降低拉伸力、提高线材表面质量和成品率、增加断压面压缩率、节约拔丝模和减少拉伸时粘结拉伸和断线的现象的特点。由此可见，振动拉伸具有降低变形抗力，在改善产品的加工质量和提高材料加工特性方面具有很大的优势。同时还具有简化工艺、减少退火次数、提高生产率、降低工件和模具之间的摩擦和节省润滑剂的功能。

2.2 振动切削在金属材料加工中的应用

上世纪六十年代，振动切削加工作为一种先进的制造技术发展起来了，振动切削是一种新型的非传统的特种切削加工方法，它是给刀具（或工件）以适当的方向、一定的频率和振幅的振动，以改善其切削功效的脉冲切削方法。按振动频率可分为超声振动切削（15kHz～35ktz）和低频振动切削（20 Hz～150 Hz）。其经过多年在金属材料加工中的应用表明，相比普通切削，振动切削具有降低切削温度和切削力、加工精度高、表面粗糙度小、刀具使用寿命长、切削液使用效果好和提高已加工表面的耐腐蚀性及耐磨性等优点。目前，超精密加工和精密加工已成为振动切削加工重要发展方向，振动切削可以提高切削质量，不仅超声振动切削能达到优异的工艺效果，同时低频振动切削也能达到类似的工艺效果。由于低频振动切削比超声振动切削更易实现，技术难度较小，因此具有更大的实用价值。

2.3 振动剪切在金属材料加工中的应用

上世纪八十年代，开始了振动剪切的实验，由谢正礼研究发明的一种能够将金属板材剪切出各种复杂形状的振动剪切机，其原理是在机体内装有主轴，主轴外设有偏心装置，通过球型连杆，并经滑块调节装置与上剪切刀联接，在与上剪切刀对应的位置上固定有下剪切刀，通过上、下剪切刀的相对移动，将金属板材剪切出各种复杂形状。其在金属加工中的应用表明在振动剪切中，剪切力被振动集中在刀刃局部很小的范围内，减小了材料的受力范围，使材料原始晶体的结构较稳定。刀具在振动剪切过程中的振动使实际切削的速度得到了提高，有利于塑性金属处于脆性状态，进而使塑性变形得到了减小。

2.4 振动轧制在金属材料加工中的应用

金属材料在加工中最主要的方式就是轧制。传统的轧制靠的是轧件和轧辊在轧辊转动时之间产生的摩擦力咬入轧件， 轧件形状和尺寸的改变是通过施加静压在轧辊上实现的。因此能源消耗大、静压大、驱动力矩和驱动力大成为了传统静态轧制的特点。振动的应用实现了低能耗，低轧制力的高效轧制工艺。由北科大研究发明的一种半固态金属材料连轧工艺，其特征在于，电磁搅拌或电磁与振动复合搅拌获得的组织均匀、晶粒细小的金属半固态浆料经过浆料导流管直接沿垂直方向，从轧机上部输送至第一架轧机入口处，并通过导卫装置进入轧制变形区，半固态浆料经第一架轧机轧制变形后，边冷却边进入下面机架继续轧制变形，轧机布置成垂直段、扇形段、水平段三段，浆料通过多机架进行连续轧制。其在金属材料加工中的应用实现了稳定控制半固态金属连续轧制，扩大产品加工的尺寸范围和品种，并且生产成本低，设备结构简单，维修操作方便。由此可见，变形实现的方式不同是传统静态轧制和振动轧制之间的最大区别。在振动轧制中轧辊既施加静压在材料上，使材料的变形区也受到振动的作用，进而较大的改变了材料的变形抗力，使轧制能力得到提高。

3.结束语

振动在金属材料加工的应用，可以降低被加工材料的变形阻力，进而使加工能耗得到降低，改善金属产品加工的质量。同时，振动加工对加工材料适用范围的擴大、能源和材料的节约开辟了一条新的道路，也使那些难成型、高强度和高硬度材料的加工工艺得到了更新和提高。可见，对金属材料加工中的振动应用进行科学合理的分析研究至关重要。

参考文献：

[1]闻邦椿.“振动利用工程”学科近期的发展[J].振动工程学报，2007（05）.

[2]张楠，侯晓林，闻邦椿.超声振动特性在磨削加工系统中的应用[J].工具技术，2008（11）.

[3]韩清凯，郝建山，闻邦椿.金属材料加工中的振动利用问题[J].中国机械工程2001（05）.

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机械加工过程中的振动 第7篇

一、机械加工振动产生的原理分析

(一)受迫振动

受迫振动属于不衰减振动,受外界周期性的干扰力影响。受迫振动出现的原因要进行综合的分析,包括刀具、机床以及工件三个方面分析。比如在机械的刀具上,进行切削时,由于齿比较多,可能会存在一些误差,继而引发振动出现。再比如在工件上,如果表面存在断断续续或者软硬程度不同的情况,那么在生产加工过程中也同样会出现振动。

(二)自激振动

所谓机械的自激振动,其出现的原因是在加工过程中,机械切削会产生周期性的变化,并且周期性会越来越强,从而使被阻尼作用所消耗的能量从振动系统中得到了补充,这种振动即为自激振动。

(三)自由振动

所谓自由振动,一般是机械系统受外力干扰,消除外力后系统会形成衰减性的振动。因为一些偶然因素会对工艺系统发生作用,破坏系统平衡,自由振动仅靠弹性恢复力维持振动。这类振动会在工艺系统的阻尼作用下很快衰减。

二、机械加工中振动的危害

机械在加工过程中发生振动当然会产生不同程度的危害,产生危害的对象具有多样化的特征。比如可能对工件的质量、对机床及工装夹具、对切削刀具、对生产效率、对操作环境等都会产生一定程度的危害。

(一)对工件质量的危害

加工过程中的机械振动,最直接的危害就是使加工表面的质量降低,可能会导致加工表面的粗糙程度加大,或者出现一些纹路瑕疵。由于机械的振动,还有可能进一步使得刀具与工件之间发生位移。在这种情况下,如果是对一些精度要求很高的工件进行加工,那么明显会加大危害,达不到预期精度。

(二)对机床及工装夹具的危害

振动使机床及夹具的运动元件之间松动,间隙增大,加快了机床及夹具零件的磨损,造成机床及夹具精度下降,影响切削质量,降低机床及夹具的使用寿命。严重时甚至造成重大安全事故。

(三)对切削刀具的危害

由于振动的产生,影响刀具的正常切削条件,使刀具承受交变切削力的作用,切削热增加,进而加快了刀具的磨损,甚至会引起切削刃的崩裂,大大降低了刀具的使用寿命。

(四)对生产效率的影响

为了避免工艺系统剧烈的振动,不得不降低切削用量,如采用较低的转速和切深等。同时,由于降低了刀具的使用寿命,频繁换刀、磨刀,使生产效率下降。

(五)对操作环境的危害

因振动会产生刺耳的噪声,使操作者的身心健康受到损害,降低了工作效率。

三、机械加工振动的主要防治措施

通过以上研究得知,机械加工工程中产生的振动类型中,自由振动对加工程序的危害基本可以忽略,那么我们主要提出解决其他两种振动的措施,即自激振动和强迫振动。

(一)有效控制自激振动的方法与途径

进行自激振动控制的途径通常有三条:第一条:通过对振型刚度比的合理调整达到目的。根据振型原理可知,各振型刚度比及其组合也能影响到工艺系统的振动。因此,我们可以对这两者之间的关系进行一定的调整,以此降低振动。第二条:提升机械的工艺系统。机械振动相关的工艺系统主要是机床,因此,要不断提升机床的抗振性能。可以在机床的装配环节加强装配质量,还可以强化一些零部件的频率,达到机床抗振性的提高。第三条是合理使用一些减振的装置。随着我国科学研究的进步,减振装置也越来越先进,臂长常用的减振装置有动力吸振器和击式吸振器,都能够减小振动,达到客观的应用效果。

(二)有效控制强迫振动的方法与途径

进行强迫振动控制的有效途径通常也有三条:第一条,实现工艺系统刚度和阻尼的提升。提高工艺系统的刚度及增大阻尼是提高系统的抗振能力的有效措施。不断增强连接处的部件接触刚度,减小滚动轴承的间隙。另外,通过使用内阻尼比较大的材料所制造的一些零件也可以效果减振。第二条,通过消除或最大限度地减少来自振源的激振力。较高速旋转的一些零件,应该在修整前与修整后经过至少两次平衡。还要对齿轮的装配精度与制造精度严格要求,可以通过齿轮工作的平稳性提升,来控制由于周期性冲击导致的振动,减少噪声。此外,提升滚动轴承的装配及制造精度,减低由滚动轴承自身缺陷引起的振动或选用厚薄均匀、长短一致的传动带等都可有效减少振动。第三条,合理采用相关的隔振措施来减少震动。通过采用柔性连接机床的床身与电机以控制电机自身的振动,通过液压缓冲装置的应用,可以有效控制部件在换向时的冲击。另外,通过木材等使机床和地基相互隔离,将设备的基础与地面的联系通过防振沟进行隔离,从而有效控制周围的振源以地面及基础为媒介传给机床本身。

总而言之,机械振动在加工生产过程中是一种比较常见的现象,有的振动不会造成太大影响,而有的振动,本身是由于机械故障所产生的,需要进行进一步的检查和分析,明确问题来源,寻求最佳的解决措施。降低振动的方式多样化,可以从多个方面入手,降低机械振动,保障工件质量,促进生产效率的提高。

参考文献

[1]刘建新,杨庆玲.机械加工过程中机械振动的成因及解决措施[J].常州工学院学报,2013(1):6-9.

[2]吴舒.机械加工过程中机械振动成因及改善措施研究[J].橡塑技术与装备,2015(24):81-82,88.

[3]余建国.机械加工过程中机械振动的成因分析[J].山东工业技术,2014(24):10.

机械加工过程中的振动 第8篇

电解加工过程中工件上不会产生应力、变形及热影响区，这些特点决定了电解加工在微细加工领域具有很大的发展潜力[1,2]。

为了提高微细电解加工的稳定性及加工精度，国内外学者提出了一系列改善方法：采用超高频窄脉冲或超短脉冲电流加工技术，提高电解加工定域性[3]；对阴极侧壁进行绝缘以减少加工过程中的杂散腐蚀，减小侧壁锥度[4]；使用酸性电解液，避免金属氢氧化产物的产生，以提高加工过程的稳定性[5]。此外，有学者还引入了工具阴极周期性振动的方法进行电解加工的试验研究。Bhattacharyya等[6]研究了工具阴极振动对小孔加工精度的影响，试验结果表明，阴极振动方式有助于获得较高的加工精度，低频（小于200Hz）振动时效果较为明显。马晓宇等[7]从间隙内产物对加工过程的影响方面分析了采用间歇回退加工方式提高电解加工精度的机理，并指出阴极回退存在一个较优的频率，可以在获得较高加工精度的同时保证加工效率。于洽等[8]利用线电极往复运动的方式，成功在0.1 mm厚的不锈钢（0Crl8Ni9）工件上加工出了侧壁锥度小、宽度均匀的12μm窄槽。上述研究结果表明，电解加工过程中采用振动进给可以提高加工精度和稳定性。然而，受限于目前试验装置的性能，振动参数的精确控制较难实现，国内在振动进给对电解加工影响的研究上还不够系统、全面。

本文研制了参数可调的振动进给试验装置系统，以剃须刀网罩上微尺度阵列群缝的电解加工为对象，研究了振动进给运动的振动参数对电解加工过程及成形精度的影响规律。

1 振动进给改善工艺条件

微细电解加工，尤其是窄槽、深小孔的电解加工，由于加工间隙很小，电解液沿程压力损失较大，外部冲液对加工区域内部较深处电解液的扰动和更新能力很弱，使得加工产物积蓄于加工间隙内部难以排出。加工产物的积蓄会大大降低加工区电解液电导率，使得材料去除量相对入口处减小，会在侧壁形成较大的锥度，产物积蓄严重时会使得内部加工难以继续，导致短路情况的频繁发生。

振动进给电解加工是在工具阴极做持续进给运动的同时，以某一位置为平衡点，做平行于进给方向的往复运动。阴极快速回退时，附着于阴极表面的加工产物被带到工件表面并被高速流动的电解液冲走，同时，阴极的快速回退使得加工区域内部的压力骤然减小，形成强烈的抽吸作用，工件与阴极之间的低压迫使周围新鲜电解液被吸入加工区内，完成了电解液的周期性更新[8]，从而减小了加工间隙不同区域处电解液电导率的变化率。图1所示为采用振动加工方式时产物的排除机理。

进行深窄槽或深小孔电解加工时，所使用的工具阴极尺寸较长，其刚性和强度难以保证；若采用振动进给加工方式，阴极在振动系统驱动下做高加速度的往复运动，受到电解液冲击较大，容易引起颤动而导致短路的发生。受限于振动装置的性能，高频振动时可实现的振幅值较小，加工到窄槽和小孔深处时，过小的振幅对加工产物排出、强化电解液更新作用不明显。因此，对于深窄槽或深小孔的电解加工，为了提高其加工精度和稳定性，采用低频、大振幅的振动进给加工方式效果更佳。

因采用振动进给而实现的电解液强化更新现象有助于提高电解加工过程的稳定性，同时也允许电解加工以更小的加工间隙进行，而更小的加工间隙可使加工间隙内的电流密度、电流效率、电解液电导率等的变化率减小。电解加工平衡间隙的全微分公式为[5]

式中，κ为电解液电导率；U为加工电压；vf为加工进给速度；η为电流效率。

由式（1）可知，采用小的加工间隙Δb可以减小加工间隙在加工过程中因进给速度、加工电压、加工间隙内的电解液电导率等不稳定而带来的间隙变化量dΔb，从而大幅提高电解加工的复制精度。

2 振动进给装置

目前，电解加工设备的振动进给装置主要有机械偏心式机构[9]、压电陶瓷结构[10]及电磁式结构[11]等。机械偏心式结构的振幅难以调节，振动频率不宜过高，而且运动过程中冲击强、噪声大，对设备的隔振要求较高；后两种结构则存在驱动力过小的缺点，难以满足质量较大的工具阴极的振动进给电解加工应用要求。针对上述问题，将振动进给运动分解为进给运动和振动运动（图2），其中进给运动通过伺服电机驱动丝杆导轨实现；振动运动由安装于进给系统上的振动系统带动工具阴极做平行于进给运动方向的往复直线运动实现，振动系统的设计采用直驱电机加闭环反馈的控制方式。系统结构如图3所示，该系统具有结构简单、响应快、负载能力强、运动控制精度高等优点。

该振动进给装置可以根据加工需求设定振动运动的波形，实现包括正（余）弦波、三角波、梯形波在内的各种运动波形及其相关组合，还可以通过控制系统实现对振动波形各项参数的精确控制，方便了针对振动波形参数对试验结果影响的研究。图4为数字光栅尺采集的振动运动波形图，图4中A为振幅，t为振动周期，t1为顶部停留时间，t2为下降运动的时间，t3为底部停留时间，t4为上升运动的时间。

通过激光干涉仪的检测，所设计的振动进给装置可实现振幅为0～2mm、频率为0～60Hz的各种振动波形的振动进给运动，定位精度为2.3μm，重复定位精度为0.9μm。

3 试验

3.1 试验系统

图5为自行研制的振动进给电解加工设备实物图。该设备包括机床床身、振动进给运动控制系统、电解液循环过滤系统、高频脉冲电源以及集成控制系统。其中，机床床身由花岗岩制成，其热稳定性好，抗震能力强，耐腐蚀。运动控制系统包

括X/Y/Z三轴的伺服运动控制和安装于Z轴上的振动系统；脉冲电源的峰值电压为0～24V，频率为10～90kHz，占空比为10%～90%可调；电解液循环过滤系统可实现对电解液参数（温度、浓度、压力、流量）的在线监测和实时调整；电解液参数、电源参数、伺服进给系统参数及振动运动参数均可通过集成控制系统进行设定，加工过程中的相关参数通过传感器反馈至控制系统并在控制系统界面上实时显示。此外，通过集成控制系统可根据电解加工工艺需要实现设备各部分的自动启动和关闭，提高了设备的自动化程度，保证了设备使用的安全性。

3.2 试验方案

试验中，加工对象为双环凸起结构的不锈铁工件，工件壁厚为0.5mm，结构如图6所示，工具阴极为阵列分布的薄片，薄片宽度为0.1mm。选用的主要工艺参数见表1。

为了研究振动参数对群缝电解加工精度的影响，在其他加工参数相同的情况下，分别进行固定振幅A为0.3mm，频率f分别为40Hz、30Hz、20Hz、10Hz和0的单因素对比试验及振动频率固定为20 Hz，振幅分别为0.5 mm、0.4 mm、0.3mm、0.2mm、0.1mm和0的单因素对比试验。通过分析不同振动参数条件下加工群缝的平均宽度及侧壁锥度，分析振动参数对电解加工成形精度的影响规律。最后，基于振动参数对成型精度的影响分析，优选加工参数，加工出精度较高的阵列群缝。

4 结果分析与参数优化

4.1 持续进给与振动进给的加工结果对比

图7为持续进给电解加工及不同振动参数下振动进给电解加工群缝的上表面形貌及垂直于缝的切面图。可以看出，采用持续进给方式加工出的群缝成形精度低，形貌一致性差，同一窄缝的宽度也有明显的不同，且缝侧壁上部材料去除量大于下部，使得缝呈现出“V”字状，局部的范围内甚至出现了加工深度不一致的情况，此时，若阴极继续进给，则会导致短路的发生；而采用振动进给方式加工，群缝外形及宽度的一致性均得到了明显的提高，侧壁锥度大幅降低，且加工过程十分稳定。

4.2 振动参数对平均缝宽及侧壁锥度的影响

电解加工后的剃须刀网罩群缝的平均宽度L和侧壁锥度δ分别为

式中，l1为上表面缝宽；l2为中间位置缝宽；l3为下表面缝宽；h为上下面之间的厚度，即工件壁厚。

4.2.1 振动频率对平均缝宽及侧壁锥度的影响

振幅为0.3mm，振动频率分别为0、10Hz、20Hz、30Hz、40Hz时，加工后群缝的平均宽度和侧壁锥度测量值如图8所示。可以看出，随着振动频率的增大，侧壁锥度逐渐减小，在频率为20～30Hz时侧壁锥度最小，此时侧壁锥度值只有非振动加工情况下的25%，频率大于30Hz后，侧壁锥度值随频率的增大略有增大；而平均缝宽随频率的变化则呈现出与侧壁锥度相反的趋势，频率为20～30Hz时平均缝宽达到最大值，在低频和高频时平均缝宽相对较小，总体值变化范围较小。

由上述试验结果可知，振动频率在20～30Hz之间时，加工间隙内加工产物排出比较充分，加工区域内电解液成分均匀，故工件入口处和加工区底部工件去除量较一致，侧壁锥度较小，因为此时加工区内电解液电导率较高，工件材料去除量较大，平均缝宽较大；频率小于20Hz时，电解产物排除速度小于产生速度，故加工间隙内尤其是加工底部仍有较多电解产物的积蓄，使得整体电导率尤其是底部电导率较低，故平均缝宽度较小，锥度较大；频率大于30Hz时，由于振动频率过高，振动过程中被工具阴极带出的部分加工产物会黏附于阴极表面，来不及排出就被重新带入加工区域内部，使得振动进给对加工区流场的改善作用减弱。

4.2.2 振动幅值对平均缝宽及侧壁锥度的影响

振动频率为20 Hz，振幅分别为0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm时，所加工缝槽的平均宽度及侧壁锥度如图9所示。可以看出，振幅小于0.2mm时，随着振动幅值的增大，所加工缝槽的侧壁锥度呈逐渐降低的趋势，而缝宽则有所增大；振动幅值大于0.2mm时，侧壁锥度变化平缓，平均缝宽逐渐减小。

由上述试验结果可知：振幅为0～0.2mm时，随着振幅的增大，电解产物的排出效果也相应增强，此时加工区电解液电导率逐渐增大，且趋于一致，故加工缝槽的平均缝宽有所增大，侧壁锥度逐渐减小；当振幅大于0.2mm时，电解液产物排出充分，加工区域内部电导率一致且稳定，故加工缝槽的侧壁锥度变化平稳；当振幅大于0.2mm时，随着振幅的增大，在一个振动周期内，阴极做回退运动时，阴极留在加工区的时间变短，故对侧壁的去除量减小，平均缝宽随之减小；当振幅大于0.4mm时，阴极回退时完全退到缝外部，此时阴极对缝侧壁加工基本停止，缝宽也达到较小值。

4.3 加工参数优化

综合上述振动参数对群缝加工成形精度影响的分析，为保证平均缝宽0.26mm的基本要求，优选的加工参数如下：振幅为0.4mm，振动频率为30Hz，用该参数加工出的工件如图10所示。经过影像仪测量，所加工群缝的平均宽度为0.26mm±0.01mm，侧壁锥度不大于5%，轮廓清晰，而且加工过程稳定。

5 结论

(1）本文研制了振动进给脉冲电流电解加工专用设备，其中振动进给系统可以精确实现振幅为0～2mm、频率为0～60Hz的多种振动波形的振动运动，定位精度及重复定位精度均可达1μm，为开展振动进给电解加工技术研究提供了试验基础。

(2）通过微尺度群缝的振动进给电解加工试验，验证了振动进给对改善微细电解加工精度及稳定性的有益作用。适当增大振幅和振动频率能够改善加工区流场，强化电解液更新，从而提高微尺度群缝电解加工成形精度；而当振动频率过高（大于40Hz）时，振动对加工精度的改善作用不明显，一般来说振动频率在20～40Hz，振幅在缝、槽、孔加工深度的1/2时效果最佳。

(3）采用优选的振动参数（振幅为0.4mm、频率为30 Hz）加工出了缝宽为0.26 mm±0.01mm、侧壁锥度小于5%的剃须刀网罩曲线群缝，且加工过程稳定，满足了批量生产的要求。

参考文献

[1]王少华,朱荻,曲宁松,等.微细缝结构电解加工研究[J].中国机械工程,2009,20(8):965-970.Wang Shaohua,Zhu Di,Qu Ningsong,et al.Investgation for Wire Electrochemical Machining of Micro Grooves[J].China Mechinical Engineering,2009,20(8):965-970.

[2]Liu Yong,Zhu Di,Zeng Yongbin,et al.Experimental Investigation on Complex Structures Machining by Electrochemical Micromachining Technology[J].Chinese Journal of Aeronautics,2010,23(5):578-584.

[3]Schuster R,Kirchiner V,Allongue P,et al.Electrochemical Micro Machining[J].Science,2000,289(5476):98-101.

[4]Datta M,Landolt D.Fundamental Aspects and Applications of Electrochemical Microfabrication[J].Electrochimica Acta,2000,45(15/16):2535-2558.

[5]徐家文,云乃彰,王建业,等.电化学加工技术[M].北京:国防工业出版社,2008.

[6]Bhattacharyya B,Malapati M,Munda J,et al.Influence of Tool Vibration on Machining Performance in Electrochemical Micro-machining of Copper[J].International Journal of Machine Tools&Manufacture,2007,47(2):335-342.

[7]马晓宇,李勇.间歇回退对微细电解加工的影响分析及实验研究[J].航天制造技术,2009(6):6-11.Ma Xiaoyu,Li Yong.Analysis and Experimental Study of Micro ECM with Intermittent Retraction of Electrode[J].Aerospace Manufacturing Technology,2009(6):6-11.

[8]于洽,曾永彬,张海,等.阳极振动辅助微细电解线切割技术[J].机械工程学报,2012,48(23):178-183.Yu Qia,Zeng Yongbin,Zhang Hai,et al.Technology on Anode Vibration Aided Wire Electrode Microelectrochemical Machining[J].Journal of Mechinaical Engineering,2012,48(23):178-183.

[9]张明岐,傅军英.高温合金整体叶盘精密振动电解加工方法的应用分析[J].航空制造技术,2009(22):26-29.Zhang Mingqi,Fu Junyin.Application Analysis of Precise Vibrating Electrochemical Machining in High-temperature Alloy Disk[J].Aeronautical Manufacturing Technology,2009(22):26-29.

[10]王少华,朱荻,曾永彬,等.线电极微幅振动电解线切割研究[J].机械工程学报,2010,46(13):172-178.Wang Shaohua,Zhu Di,Zeng Yongbin,et al.Investigation on Wire Electrochemical Cutting with Micro-tool Vibration[J].Journal of Mechinaical Engineering,2010,46(13):172-178.

金属材料加工中的振动利用问题分析 第9篇

工业的发展离不开材料的供应, 金属材料的加工对社会经济发展具有直接影响, 为了更好的促进金属材料的加工, 对新出现的先进加工技术和理论要进行更好的分析, 这样才能够为社会的发展奠定更为坚实的基础, 同时也能为现代金属材料的加工创造更为有利的条件。为了对现代技术材料的加工水平进行提升, 对加工过程中应用的振动问题要进行细致的分析, 进行更高层次的了解, 文章从振动拉伸、振动切削、振动剪切等方面进行了分析, 希望能够对金属加工进行更为深入的研究, 对金属材料加工起到一定的促进作用。

1 将振动转化为应用的意义

在常规的金属材料加工过程中, 振动是一种不希望出现的因素, 主要是因为振动会导致金属材料的加工进度受到影响, 同时对金属材料的性能也能产生一定的影响。因此, 在金属材料加工过程中, 对振动进行应用能够减小振动带来的影响, 同时也能够对加工效率以及加工质量进行提高。很多的专家学者对金属材料加工过程中存在的振动问题进行了研究, 对如何消除振动问题一直没有找到很好的解决措施, 因此, 在金属材料加工中对振动进行了利用, 这样将之前出现的弊端转化为了优势, 不仅仅对振动问题进行了解决, 同时, 也提高了加工质量。振动加工是指在加工材料或者是刀具加工过程中施加一定频率和振幅的振动, 这样能够对被加工金属材料的变形阻力进行降低, 同时, 对加工质量进行改善, 在金属材料加工中更加具有现实意义。在金属材料加工中将振动转化到应用方面主要有以下几方面的意义。

1.1 扩大了可加工的金属材料范围

一些金属材料的含碳量比较高, 在加工过程中出现了刀具磨损比较严重的情况, 导致了加工效率非常的低, 而且, 还有一些超硬超脆的材料, 在加工过程中非常容易出现变形阻力非常大的情况, 导致加工过程中出现很多的困难。在金属材料加工过程中进行振动应用, 能够对材料加工的效率进行提高, 同时, 对加工表面的质量也能进行提升。例如, 在对粘性材料进行加工时, 因为是普通的加工过程, 工件材料具有一定的粘附作用, 这样在加工刀具的表面很容易出现积屑瘤, 对加工的顺利进行有很大的影响。积屑瘤在加工过程中非常容易受力被切屑, 因此导致刀具的损坏, 在加工过程中对振动进行应用能够避免出现这类问题, 保证加工的质量。

1.2 扩大材料加工的结构形式

在对一些复杂结构进行加工时, 一些普通的加工方法存在着一定的问题, 在加工过程中将振动进行应用能够有效的解决这个问题。例如, 在薄壁工件加工中, 普通的加工需要保证刀具的连续性, 因此会导致材料的持久受力情况出现, 工件在加工过程中非常容易出现变形问题。振动应用在加工中, 材料间歇性受力, 这样会形成一个弹性恢复的过程, 使薄壁工件的加工成为了现实。

1.3 提高工件的加工质量

很多的金属材料在加工过程中非常容易出现毛刺, 这样会对加工表面的质量产生很大的影响。在金属材料加工过程中对振动进行应用能够避免出现毛刺, 对加工表面有明显的提高。

2 金属材料加工中的振动应用方法

2.1 振动拉伸

在金属材料加工中应用振动方法, 首先进行的是振动拉伸试验, 主要包括超声波振动拉伸。超声波振动拉伸的研究开始时间非常早, 在拉伸金属时经常会出现拉伸力突然下降的情况, 而且多种金属的试验结果也非常相似, 而且, 在以后的研究和应用中, 对超声波技术的应用能够提高生产效率, 对加工工艺进行简化, 并且具有非常明显的经济价值。超声波振动在应用过程中能够降低材料的变形抗力, 对产品的加工质量等都能够进行改善, 因此, 其在应用过程中有更大的优越性。

2.2 振动切削

振动切削是给刀具或工件以适当的方向、一定频率和振幅的振动, 以改善切削效能。一类以断屑为主要目的, 在进刀方向上施加低频、大振幅振动。另一类以改善加工精度和表面粗糙度、提高切削效率和效能、扩大切削加工适用范围为目的, 主要采用高频、小振幅。现有结果表明, 超声振动切削力可以减小到普通切削力的1/3-1/2, 振动攻丝扭矩可以减小到普通攻丝扭矩的1/3-1/2, 振动钻削扭矩减小到普通钻削的1/2, 推力减小到1/3。在镗孔加工中采用振动切削, 加工尺寸稳定形状误差小、光洁度高、废品率低, 同时还解决了镜面镗床镗小孔不宜精调的缺陷, 工装简单造价低廉。振动切削的试验和工业应用表明利用振动可以减小切削力和切削功率、提高加工精度、提高加工表面性质、提高产品表面质量。另外, 振动的引入可以扩大切削加工的范围使一些高强度、高硬度和难成形材料的切削加工成为可能。恰当地采用振动切削还可以减小机器本身的自激振动。

2.3 振动剪切

近年来, 科学技术发展的速度非常快, 使得社会生产水平也在大幅度的提高, 为了能够更好地满足工业生产的需求, 金属材料的加工受到了广泛的关注, 在金属材料加工中出现了很多的加工技术和理论, 这样为社会的发展奠定了一定的坚实基础, 同时也为现代的金属材料加工创造了有利的条件。振动剪切的试验工作开始的非常早, 而且, 因为振动的应用导致剪切力出现了明显的下降。在试验过程中发现, 剪切力受到振幅的影响比较大, 在振幅不断增大的情况下, 剪切力会出现不断降低的现象, 而且, 减小振动剪切消耗的剪切功也在减小, 振动的频率和剪切的速度对剪切力的影响非常小, 考虑到这些因素也要对试验设备可能出现的缺陷进行综合考虑, 保证生产加工的效果。

3 结束语

在金属材料加工中, 振动利用是比较常见的加工手段, 在金属材料加工过程中引入振动能够避免振动对加工效果造成影响, 同时, 也能对金属材料的加工质量和效率进行改善。振动在金属材料加工中被利用, 在自身发展过程中也出现了创新, 这样也就出现了更多的和振动相关的技术和理论。文章对金属材料加工中的振动利用问题进行了分析, 希望能够为相关的工作人员提供必要的参考。为了能够更好的提高现代金属材料的加工水平, 对金属材料加工中的振动利用问题分析力度也要进行提高, 从更深的层次对振动利用问题进行了解, 为金属材料的加工奠定基础。

摘要：科学技术的不断发展, 社会各个领域中都出现了越来越多的先进技术和理论, 这些技术的应用对于社会生产水平的提升意义重大。在金属材料加工中也是如此, 出现了很多的先进加工技术和理论, 使得加工水平在不断提升, 也使得金属材料的质量和性能都有了很大的改善。在金属材料加工中, 振动利用是一种比较常用的加工手段, 在加工过程中能对振动进行利用, 能够对金属材料的加工质量和效率进行改善。伴随着振动在金属材料中的不断应用, 也出现了很多的与振动相关的技术和理论。为了更好的提升现代金属材料加工的水平, 对振动利用问题进行分析具有非常重大的意义, 因此, 文章进行了相关方面的研究, 希望能够更好的促进金属加工业发展, 更好的促进工业发展。

关键词：金属材料,加工,振动,利用

参考文献

[1]陈瑞华, 李威.试论金属材料加工中的振动利用问题[J].科技创业家, 2012 (23) :162.

[2]张楠, 侯晓林, 闻邦椿.超声振动特性在磨削加工系统中的应用[J].工具技术, 2008 (11) :183.

浅谈如何控制车削加工中的振动现象 第10篇

切削的过程中由于刀具工件以及夹具会相互之间产生作用力, 在这种力的作用下相互之间产生了振动, 这种振动在工件的加工中不可避免的会产生, 但是其产生会对切削的过程造成干扰, 会使得工件表面的加工质量受到严重的影响, 同时受到振动影响刀具以及机床的寿命也会相应的缩短。同时, 振动的产生会相应的造成噪音, 这种噪声的产生也影响着操作人员的健康以及情绪, 这些都会对正常的工作造成负面的影响。通过对加工的进刀量进行减少可以相应的降低振动的产生, 但是这样一来生产的效率就会受到影响。本人从事切削加工工作多年, 在工作中通过观察、实践、分析, 总结出一些关于如何在不影响生产效率的基础上有效的降低振动的产生的措施, 在此同各位相互探讨。

1 振动的分类

对于振动, 在机械的加工过程中, 由于各个部件相互会在机械运作中产生作用, 这种作用力下产生的振动主要有受迫振动以及自激振动, 这和夹具、机床以及道具、工件的动态特性相关。对于机床, 主要的振动来自回转组件和传动系统, 在对此类振动进行消除后, 车削加工中所产生的振动就不是由于速度变化而产生的, 而是自激振动, 而自激振动是同工件所具有的频率相接近的低频振动, 主要是由于加工过程中工件的弯曲所造成的, 弯曲震动不仅仅会产生在工件的弯曲变化上, 同时在车刀上也会存在, 这种车道上的变形振动同车刀自身的频率相近, 即是高频振动。

2 产生的原因

振动的主要特点就是频率不同, 低频振动顾名思义就是具有较低的振频, 其振动产生的声音相对低沉, 并且振动幅度较大, 其作用的结果就是会在加工的工件表面留下宽而深的痕迹, 这就是振动痕迹。并且低频振动发生的时候刀架系统以及工件系统通常都会振动, 由于时远时近因此就会在刀架和工件之间产生方向不同大小相等的作用力以及反作用力。振动时切削力F在刀具和工件相远离时其作用的方向同工件的位移方向一致, 这时切削力做正功, 系统就会获得正的输入能量E (+) , 反之, 工件和刀具相接近时, 切削力F同工件位移方向相背, 这时切削力做负功, 系统则会消耗能量E (-) , 而在整个切削的过程中, 切削力会在各个因素的影响下产生周期性的变化, 使得趋远的切削力大于趋近的切削力, 使得系统获得能量大于消耗的能量, 即, 每一个振动周期中, 切削力所做的正功总是大于其做的负功, 这就是工件或者是刀具会产生自激振动的原因。

综合分析车削过程中受力状况, 其切削力的周期变化主要受到以下几个因素影响:

2.1 刀具同工件之间的摩擦力。

在切削过程中由于工件或者是刀具的移动会在加工时产生相应的摩擦力, 在对韧性钢材进行加工时, 径向的切削力F会随着切削的速度变化产生相应的变化, 速度越大F越大, 但是, 速度会在某一个速度上出现相反的变化, 即, 速度增加力反而会变小。这种现象的出现主要是因为刀具在加工过程中同工件的相对运动摩擦力会直接影响切削分力大小。摩擦速度会直接性的影响摩擦力的大小, 这就是摩擦作用力中的负摩擦特性。而这种特性作用在机械生产中就会产生振动。

2.2 再生切削时因工件在前一转时振动留下的痕迹引起切削厚度周期性的变化, 从而影响切削力的周期变化。

在振出的半周期中的平均切削厚度大于振入的半周期中的平均切削厚度, 于是振出时的切削力所做的功大于振入时切削力所做的负功, 系统就会有能量输入, 振动就有可能得以维持。于是Yn比Yn-1超前φ的情况, 则正好和滞后时的情况相反。

2.3 振动的作用下, 刀尖的运动稳定性会受到影响, 形成形状近似封闭椭圆的轨迹。

在车削螺纹或者是宽刃刀切削的方牙螺纹的加工中在外圆上经常会出现, 前一转同后一转在重叠上具有着不完全性, 因此就会出现轨迹相对变动的椭圆, 这种变化会随着切削力的周期性变化而产生切削面的周期性变化。

2.4 金属在结构上也会存在差异, 因此一个工件的不同位置会

在硬度上出现差异, 所以, 刀具在进行切入以及退出的过程中就会产生作用变化, 切削力会随之改变。不仅如此, 刀具在振动的影响下, 会因为几个角度的切入改变产生走起变化, 这种变化必然会对切削力造成不利影响。

3 切削中各个因素都会对设备整体产生振动造成影响, 这种影

响发生在加工的过程中, 同时, 还会受到加工的工艺流程, 技术等相关的因素限制, 另外工件材质的刚度也会影响振动的出现。所以, 震颤发生在系统加工中的条件是多样的, 因此消除措施也要具有针对性。

3.1 Y方向在低振频的影响下, 会使得周期切削力出现, 作用力在相互远离时的大小要大于相互趋近时, 这就是振动的主要原因。

这样一来, 就可以看出阻尼以及刚度在Y方向上的大小对于振动的出现以及其出现后的强弱具有着直接的影响作用。所以, Y方向上的影响因素的降低可以通过对切削分离进行减少以及对Y方向上的相对位移进行减少, 都可以达到减弱振动的效果。主要可采取下面几种措施:

(1) 车削时, 一般当v=30~70m/min速度范围内, 容易产生振动, 因此选择车削速度时应避开出现切削力随速度下降的中速区, 在高速或低速范围进行切削, 自振极不易产生。

(2) 应尽量避免宽而薄的切屑的切削, 否则极易产生振动。在许可的情况下 (如机床有足够的刚度, 足够的电机功率, 工件表面粗糙度参考值要求较低时等) , 适当增大进给量和减小切削深度也有助于抑制振动。

(3) 适当增大刀具前角γ可减小Fy力, 从而减弱振动。但在切削速度较高的范围内, 前角对振动的影响将减弱, 所以高速下采用负前角切削, 不致产生强烈的振动。

(4) 当切削深度和进给量不变时, 随着主偏角Kγ增大, 切削分力Fy减少。因此, 适当增大刀具主偏角, 可以消除或减小振动。

3.2 工件系统和刀架系统的刚度不是产生低频振动的主要原因, 可采取下面的措施来消除或减小振动:

(1) 用三爪或四爪夹紧工件时尽可能使工件回转中心和主轴回转中心的同轴度误差最小, 避免工件倾斜而断续切削或不均匀切削造成切削力的周期性变化所产生的振动。

(2) 加工细长轴时用跟刀架、中心架可以增加切削过程稳定性。

(3) 在车削时采用弹性顶尖而不采用死顶尖, 避免顶力过大造成工件弯曲或顶力大小起不到支承作用使工件摆动, 并注意尾座套筒悬伸不能过长。

(4) 定期检查中拖板和大拖板、小刀架与中拖板之间燕尾导轨的接触情况, 调整好斜镶条间隙, 避免刀架移动时出现爬行。另外, 可以用刮研联结表面, 增强联结刚度等方法来提高结构系统的抗振性。

3.3 在振动频率上高频振动较高, 发出的声音尖锐刺耳, 在工件

的表面所留下的痕迹也是密而细的, 这种振动的产生主要原因就在于刀具的后刀面出现了较大的磨损, 因而使得刀具同工件之间的摩擦性能下降, 消除或减小高频振动的措施主要有:

(1) 减小车刀悬伸长度。 (2) 加强车刀及刀杆的抗弯刚度。 (3) 及时更换后刀面磨损较大的刀具。 (4) 装刀具时, 应保证刀杆与工件旋转中心垂直, 紧固时要施力均匀, 避免刀杆受力不平衡而弯曲产生振动。 (5) 使用减振装置。

4 结束语

通过这一系列针对车削过程中产生的不同振动, 在分析产生振动的原因后采取响应的措施, 可明显减小车削过程中的振动, 提高了工件表面质量和劳动生产率, 延长了刀具的使用寿命。

摘要：机械加工过程中由于加工刀具、夹具、机床以及工件的动态特性会产生相应的振动, 这些振动的产生又会反作用到工艺系统。文章通过对振动的类型进行分析, 并对振动的危害进行了详细的探讨, 分别从夹具方面、刀具方面以及工艺方面对消除切削的振动现象做出一定合理的建议, 并提出了一些意见。

机械加工过程中的振动 第11篇

细长轴的典型加工工艺是车削加工, 但对于本文中材料是T2铜、表面粗糙度Ra0.4、面轮廓度0.01mm要求的细长轴来说, 普通的车削根本无法满足。超声振动切削具有切削力小、加工表面粗糙度低、刀具耐用度高的优点, 我们通过对细长轴工艺零件的分析, 介绍了振动车削加工工艺流程, 提出采用超声振动切削技术对细长轴加工, 可以满足细长轴的几何特征要求。

2 零件工艺性分析

在机械制造中, 轴类零件是较为典型的零件, 其不但承担着荷载的承受能力, 而且对于传递扭矩以及传动其他的零部件运作都起到了支承的作用。现代的机械设备不但要求精确度很高, 而且还要保持高速的运转状态, 那么, 机械设备的性能会直接受到轴类零件精度 (尺寸偏差、几何形状、相互位置) 的影响。

在轴类零件当中, 长径比大于20的, 被称为细长轴零件。随着工业的发展, 细长轴类零件被广泛地应用到各领域当中, 而对其精度要求就越来越高了。如果采用普通切削的方式, 很容易在切削力的作用下产生振动弯曲, 并因为切削过程中所产生的热量造成线膨胀并产生弯曲变形。零件图见图1。

2.1 传统加工采用的车削和磨削加工工艺

2.1.1 车削。

车削时由于法向力大工件发生振动, 工件变形大, 尺寸控制不准。表面粗糙度更无法控制。

2.1.2 磨削。

即使采用专用砂轮磨削仍无法克服法向力大, 轴弯曲变形的问题, 加之砂轮修磨频繁, 工作效率极低。而磨削后的粗糙度Ra0.8-1.6mm也无法满足技术要求。

所以采用传统车削和磨削的方法, 无法满足该细长轴的要求。

2.2 超声振动车削

超声震动车削是在传统切削技术的基础之上, 施加了超声振动, 从而获得很好的加工性能。具体操作上, 当沿着切削方向进行车削的时候, 要将车削的振动频率局限在超声波范围内, 即振动频率f=20~50KHz、振幅a=10-25μm。

采用超声振动车削, 具有传统的车削方式所不具备的优点。

2.2.1 降低切削力。

从微观上看, 振动车削属于是一种脉冲切削, 刀具在一个振动周期当中, 绝大部分时间都是处于与切屑完全分离的状态, 所以有效切削时间非常的短暂, 那么, 其切削力也会因此而大大减弱, 只有普通切削力的1/3-1/10左右。

2.2.2 提高了加工精度。

在使用普通的车削方法, 需要注意“让刀”, 而使用超声振动车削则可以避免这一现象, 因为是脉冲切削, 所以在一个振动周期内, 刀具与工件基本上都是出于完全分离状态。也就是说, 切削动作是在瞬间产生的, 从而, 会维持刀刃所处的位置, 加工精度有所提高。即便是存在微小吃刀深度, 也往往会小于0.01mm, 按照预定的切削深度进行精密加工成为可能。

2.2.3 不会产生变形。

超声振动切削时, 由于脉冲切削的刀具与工件之间的摩擦几乎不存在, 释放的热量大幅度减少, 所以一般都会保持室温状态。因此, 工件不会因为膨胀而有所变形。

2.2.4 粗糙度降低。

采用超声振动切削技术, 可以使被加工的零件更为“刚性化”, 提高了其耐磨性和耐腐蚀性。刀具寿命有所提高。由于加工过程稳定, 颤振现象得到有效消除, 因此不但降低了表面粗糙度, 而且还避免了毛刺产生, 更不会产生积屑瘤。

切削后效果。采用超声振动切削技术, 实现了细长轴加工的精细加工。超声的空化作用使切削液的冷却作用和润滑作用也因此而有所提高, 使切削后的工件表面呈现出了彩虹效果。鉴于超声振动切削的这项技术的优点, 对于细长轴的加工工艺要求是完全可以满足的。

3 超声振动车削工艺设计

3.1 工艺流程

本零件采用振动车削技术使得工艺变得简单, 主要流程如下:下料粗车 (检) 热处理时效 (检) 精车 (振动车削) (检) 线切割除工艺夹头。

3.2 工艺说明

在进行超声振动车削加工过程中, 要经历粗车和精车两个加工流程。粗车是将毛坯多余的材料快速去除的过程, 对于零件的尺寸和粗糙度的要求不会太高, 只要初步成型就可以。对于切削的速度, 会选择低点。一般而言, 经过粗车之后, 表面的粗糙度Ra达到12.5μm即可。

精车工序就是要对零件尺寸的公差、形位公差和表面粗糙度的达到要求。

经过了精车环节之后所获得的零件精度完全符合要求。一般可以达到表面粗糙度Ra为0.4μm。

3.3 刀具设计

超声振动车削技术的刀具设计, 要求刀尖圆弧半径R要小于0.8mm的切刀样, 刀具的振动幅值要控制在10~25μm以上。因为超声振动切削通过高频机械振动来实现切削过程, 并降低切削力, 以获得良好的工艺效果, 那么振动刀具的设计选用就显得尤为重要了。

3.4 超声振动切削系统的组成

超声振动加工技术主要由超声电源, 换能器、变幅杆以及定位刀架及刀具组成。

4 切削参数

(1) 车床主轴转速:临界切削速度公式V≦2πfa (V-切削速度、f-振动频率、a-振幅) 转速N≦V/πD (D-零件加工部分最大直径)

(2) 吃刀量:b=0.1-0.5。

(3) 走刀量F:计算残留高度h小余0.006mm (粗糙度值) 时的F值。

5 切削效果图

6 结论

对于细长轴的切削加工加工, 采用超声振动切削加工技术, 对刀具和切削参数进行合理的计算设计, 就可以获得更好的加工性能。超声振动加工技术可以胜任对于普通加工来说是复杂的, 困难的, 甚至无法解决的问题, 由于超声振动加工技术效果十分显著, 是目前先进的加工技术之一, 有着广阔的应用前景。

参考文献

[1]段忠福, 王敏, 石新华, 夏明璐, 邵华.细长轴超声波辅助振动车削试验研究[J].工具技术, 2009.43 (09)

[2]佟富强, 张飞虎, 陈光军, 顾立志, 孙鹏.低频振动切削对加工表面影响的机理研究[J].华中科技大学学报 (自然科学版) , 2007.35 (01)