机械加工中的自激振动原理概述

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　　(1)自激振动的概念机械加工中，在没有周期性干扰力(激振力)作用下，由系统本身引起的交变力作用而产生的周期性振动称为自激振动，又称颤振。颤振的发生是由系统某些瞬时的偶发干扰力引起的，如外圆车削时，毛坯余量不均匀或材质不均匀等，都会引起切削力变化，而可能引发系统的瞬时的微弱振动，在一定条件下就会发生颤振。但颤振的维持不是靠外界振源的激振力，而是由振动系统本身决定的，颤振的原理可用图5-34来说明。在切削过程中，工艺系统受某偶然性的外界干扰作用(如材质不均匀、余量不均匀等)，使与工件相对位置改变，引起切削力的波动，进而导致工艺系统的振动。由于工艺系统是一个闭合系统，自激振动也是一个闭合系统，它由振动系统(工艺系统)和调节系统(切削过程)组成。引起自激振动的交变力f由切削过程产生，而振动系统通过反馈振动量y(t)控制调节系统。这样循环不止，就形成了稳定的自激振动。

　　(2)自激振动的特点 与强迫振动不同，自激振动具有以下特点。
　　①自激振动的频率接近或等于系统的固有频率，即完全取决于振动系统本身的参数，这是与强迫振动的本质区别。
　　②自激振动不因阻尼而衰减，是一种不衰减的振动。自激振动能通过振动过程获取能量补充，维持振动过程。如获得的能量大于消耗的能量，则振幅增大，振动加剧;如获得的能量小于消耗的能量，则不能够产生自激振动。
　　③自激振动的产生是由于切削过程中的偶然的干扰力诱发的，其维持是靠系统内交变力与反馈作用。当切削过程停止，动态交变力消失，自激振动也随之消失。

　　(3)切削颤振原理对于切削过程中产生颤振的原理，由于其机理复杂，虽然经过长期大量研究，也取得很多成果，但目前尚没有一种能涵盖各种情况的理论，现扼要介绍两种常用的学说。
　　①再生颤振原理金属切削过程中，为减小巳加工表面的粗糙度，在确定几何参数和切削用量后，当开始切削第二圈时，刀刃必须与已切削过的第一圈表面接触而产生重叠切削。切削中，当前一圈因偶然因素(如材料硬度或加工余量不均匀)，工艺系统就会产生一次自由振动，且在已加工表面上留下振纹，此振纹就成为继续切削时产生颤振的初始条件。
　　②振型耦合原理某些切削加工(如用宽车刀车削矩形螺纹外圆)时，没有重叠切削，不存在再生颤振的条件，因此不能按再生颤振原理解释。但实际上当切削深度达到一定值时，仍会产生颤振。这种情况可用振型耦合原理来解释。
　　实际切削中的振动系统一般是多自由度系统，即切削中可以沿多个方向振动，在连续切削过程中，刀尖的轨迹为一闭合椭圆形，以椭圆长轴将椭圆分为两半，即切入区与切出区。切入区，切削力对做负功;切出区，切削力对做正功。当正功大于负功，则振动系统在振动循环中能获得能量，以维持颤振。
　　颤振是否发生，跟结构、伸出量以及在切削过程中各自由度方向的刚度有关。

　　(4)自激振动的控制控制自激振动的措施主要是控制切削过程和改进工艺系统结构。
　　①合理选择切削用量生产实践表明，在较低或较高的切削速度范围内，切削稳定性较好，而中速范围(20—70m/min)内，容易产生颤振，且振幅较大，速度在50～60m/min时，稳定性最差。因此，采用高速或低速切削，再配合以较大的迸给量及较小背吃刀量，不但可以避免自激振动，而且可以保持一定的生产率。
　　②合理选择几何参数增大前角，切削变形减小，切削力减小，切削过程平稳，不易产生振动。增大主偏角，使背向力和切削宽度减小，也能够减小或避免振动，减小后角，刚度提高，后刀面摩擦阻尼作用增强，振动减弱，当后角在2°—3°时，振动明显减小，但后角太小会加剧摩擦，反而容易引起振动。
　　③提高工艺系统的抗振性提高零部件结构刚度、接触面的接触刚度、工件的装夹刚度等，都能提高工艺系统的抗振性。
　　④采用减振装置在采用各种消振措施后，若效果不理想，可根据实际情况选用减振器或阻尼器，它们对强迫振动和自激振动都有效。



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