4機械加工過程中自激振動有哪些特點

1. 機械加工的過程中為什麼會有刀具振動現象

振動是在機械加工過程中，因機床工件或刀具發生周期性的跳動。加工過程中如發生振動，會使工件已加工表面上出現條痕或布紋狀痕跡，使表面光潔度顯著下降，還會使機床、夾具中的連接零件松動，縮短機床使用壽命，影響工件在夾具中的正確定位。此外，由於振動，勢必降低切削速度，損壞切削工具，降低生產率，造成雜訊污染。
1 機械加工振動的表現和特點
振動分強迫振動和自激振動兩種類型。具體表現和特點如下。
1.1 強迫振動 強迫振動是物體受到一個周期變化的外力作用而產生的振動。如在磨削過程中，由於電動機、高速旋轉的砂輪及皮帶輪等不平衡，三角皮帶的厚薄或長短不一致，油泵工作不平穩等，都會引起機床的強迫振動，它將激起機床各部件之間的相對振動幅值，影響機床加工工件的精度，如粗糙度和圓度。對於刀具或做回轉運動的機床，振動還會影響回轉精度。

強迫振動的特點是：①強迫振動本身不能改變干擾力，干擾力一般與切削過程無關(除由切削過程本身所引起的強迫振動外)。干擾力消除，振動停止。如外界振源產生的干擾力，只要振源消除，導致振動的干擾力自然就不存在了。②強迫振動的頻率與外界周期干擾力的頻率相同，或是它的整倍數。③干擾力的頻率與系統的固有頻率的比值等於或接近與1時，產生共振，振幅達到最大值。此時對機床加工過程的影響最大。④強迫振動的振幅與干擾力，系統的剛度及阻尼大小有關。干擾力越大、剛度及阻尼越小，則振幅越大，對機床的加工過程影響也就越大。
1.2 自激振動(顫振) 由振動系統本身在振動過程中激發產生的交變力所引起的不衰減的振動，就是自激振動。即使不受到任何外界周期性干擾力的作用，振動也會發生。如在磨削過程中砂輪對工件產生的摩擦會引起自激振動。工件、機床系統剛性差，或砂輪特性選擇不當，都會使摩擦力加大，從而使自激振動加劇。或由於刀具剛性差、刀具幾何角度不正確引起的振動，都屬於自激振動。

自激振動的特點是：①自激振動的頻率等於或接近系統的固有頻率。按頻率的高低可分為高頻顫振(一般頻率在500～5000Hz)及低頻顫振(一般頻率為50～500Hz)。②自激振動能否產生及其振幅的大小，決定於每一振動內系統所獲得的能量與阻尼消耗能量的對比情況。③由於持續自激振動的干擾力是由振動過程本身激發的，故振動中止，干擾力及能量補充過程立即消失。
2 振動產生的原因分析
產生振動的原因復雜多變，根據機加工行業出現的振動現象及兩種不同類型振動的表現形式，分析原因，大致如下：
2.1 強迫振動產生的原因：①機床上回轉件不平衡所引起的周期性變化的離心力。如由於電機或卡盤、皮帶輪回轉不平衡引起的。②機床傳動零件缺陷所引起的周期性變化的傳動力。如因刀架、主軸軸承、拖板塞鐵等機床部件松動或齒輪、軸承等傳動零件的製作誤差而引起的周期性振動。③切削過程本身不均勻性所引起的周期性變化的切削力。如車削多邊形或表面不平的工件及在車床上加工外形不規則的毛坯工件。④往復運動部件運動方向改變時產生的慣性沖擊。如平面磨削過程的方向改變或瞬時改變機床的回轉方向。⑤由外界其他振源傳來的干擾力。在鍛造車間附近，因空氣錘的振動引起其他機床的強迫振動，甚至共振。
2.2 自激振動產生的原因:①切削過程中，切屑與刀具、刀具與工件之間摩擦力的變化。②切削層金屬內部的硬度不均勻。在車削補焊後的外圓或端面而出現的硬度不均現象，常常引起刀具崩刀及車床自振現象。③刀具的安裝剛性差，如刀桿尺寸太小或伸出過長，會引起刀桿顫動。④工件剛性差。如加工細長軸等剛性較差工件，會導致工件表面出現波紋或錐度。⑤積屑瘤的時生時滅，時切削過程中刀具前角及切削層橫截面積不時改變。⑥切削量不合適引起的振動，切削寬而薄的切削易振動。
3 防止和消除振動的方法
3.1 消減強迫振動的措施:①對高速回轉(600r/min以上)的零件進行平衡(靜平衡和動平衡)或設置自動平衡裝置。或採用減振裝置。②調整軸承及鑲條等處的間隙，改變系統的固有頻率，使其偏離激振頻率；調整運動參數，使可能引起強迫振動的振源頻率，遠離機床加工薄弱模態的固有頻率。③提高傳動裝置的穩定性，如在車床或磨床上採用少接頭、無接頭皮帶，傳動皮帶應選擇長短一致。用斜齒輪代替直齒輪，在主軸上安裝飛輪等。④在精密磨床上用葉片泵代替齒輪泵，在液壓系統中採用緩沖裝置等以消除運動沖擊。⑤將高精度機床的動力源與機床本體分置在兩個基礎上以實現隔振。常用的隔振材料及隔振器有橡膠隔振器、泡沫橡膠、毛粘等。⑥適當選擇砂輪的硬度、粒度和組織，適當休整砂輪，減輕砂輪堵塞，減少磨削力的波動。⑦按均勻銑削條件適當選擇銑刀直徑，齒數和螺旋角；增加銑刀齒數；以順銑代替逆銑；採用等距刀齒結構，破壞干擾力的周期性。⑨刮研接觸面，提高接觸剛度；採用跟刀架、中心架等增強工藝系統剛度。選擇較好的砂輪架導軌形式⑨採用粘結結構的基礎件及薄壁封砂結構的床身等，增加阻尼，提高抗振能力。⑩隔離外來振動的影響，採取隔振措施，如在磨床砂輪電動機底座和墊板之間墊上具有彈性的木版或硬膠皮等。

3.2 消減自激振動的措施：①調整振動系統小剛度主軸的位置，使其處於切削力F與加工表面的法線方向的夾角范圍之外，如鏜孔時採用削扁鏜桿，車外圓時，車刀反裝。②通過改變切削用量和刀具幾何形狀，減小重疊系數，如採用直角偏刀車外圓。③減小切削速度，增大進給、主偏角、前角；④適當提高切削速度；改善被加工材料的可加工性。⑤增加切削阻尼；適當減小刀具的後角；在後刀面上磨出消振棱；適當增大鑽頭的橫刃；適當使刀尖高於(車外圓)、低於(樘內孔)工件中心線，以獲得小的工作後角。為消減刀具的高頻振動，宜增大刀具的後角和前角。⑥調整切削速度，避開臨界切削速度。在切斷、車端面或使用寬刃刀具、成形刀具和螺紋刀具時，宜取切削速度小於臨界切削速度。縱車和切環形工件端面時，切削速度大於臨界切削速度等。⑦提高工藝系統剛度，可提高抗振性。車刀安裝時不宜伸出過長，鏜刀盡可能選得短而粗；盡量縮短尾座套筒的伸出長度；加工細長軸時，採用中心架或跟刀架，或用主偏角很大的細長軸車刀來消除振動。⑧盡可能不採用容易產生積屑瘤的切削速度。⑨採用合適的切削用量。可採用減少切削寬度，同時增加切削厚度。
4 結束語
機械加工過程產生的振動非常復雜，是需要日常的不斷分析和總結，根據不同情況分析原因，採取措施加以消除和控制，以保證加工工件的質量要求，提高生產率，創造良好工作環境。

2. 機械振動有什麼特點。

只有在已知機械設備的動力學模型、外部激勵和工作條件的基礎上，才能分析研究機械設備的動態特性。動態分析包括：①計算或測定機械設備的各階固有頻率、模態振型、剛度和阻尼等
可程式機械振動台固有特性。根據固有特性可以找出產生振動的原因，避免共振，並為進一步動態分析提供基礎數據。②計算或測定機械設備受到激勵時有關點的位移、速度、加速度、相位、頻譜和振動的時間歷程等動態響應，根據動態響應考核機械設備承受振動和沖擊的能力，尋找其薄弱環節和浪費環節，為改進設計提供依據。還可建立用模態參數表示的機械繫統的運動方程，稱為模態分析。③分析計算機械設備的動力穩定性，確定機械設備不穩定，即產生自激振動的臨界條件。保證機械設備在充分發揮其性能的條件下不產生自激振動，並能穩定的工作。

機械振動的原理
振動的強弱用振動量來衡量，振動量可以是振動體的位移、速度或加速度。振動量如果超過允許范圍，機械設備將產生較大的動載荷和雜訊，從而影響其工作性能和使用壽命，嚴重時會導致零、部件的早期失效。例如，透平葉片因振動而產生的斷裂，可以引起嚴重事故。由於現代機械結構日益復雜，運動速度日益提高，振動的危害更為突出。反之，利用振動原理工作的機械設備，則應能產生預期的振動。在機械工程領域中，除固體振動外還有流體振動，以及固體和流體耦合的振動。空氣壓縮機的喘振，就是一種流體振動。

3. 什麼是自激振動有何特點

自激振盪（英語：Self-exciting oscillation）是出現在工程、經濟及生物學中的現象。自激振盪的理論基礎是由亞歷山大·安德羅諾夫在1928年提出。

自激振盪是一個以時間延遲微分方程閉迴路來描述系統的的自然結果。其變數N的變動是由變數N+1所造成，但其中存在一時間差，其變數N+1的變動是由變數N+2所造成，但其中也存在一時間差……，其變數N的變動是由變數N+x所造成，而其中仍存在一時間差。

自激振動是機械繫統內部流體由非振動性的激發轉變為振動性激發而引起的振動。例如管殼式換熱器內由於某根管子偏離原先位置且產生位移，就會引起周圍流場改變，並破壞鄰近管子力的平衡，使它們受到波動力作用並在自振頻率下發生振動。振動一旦開始，振幅將急劇增大，振動率不僅與流速有關，還與周圍管子的共振率有關。流體誘發的這種振動是流體流動與管子運動相互之間動力作用的結果，屬於一種流體彈性激振。

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工程中的例子

1、鐵路和火車車輪

火車車輪的蛇行振盪及車輛輪胎的加快擺動會產生令人不適的擺動效應，嚴重時甚至會造成火車脫軌或輪胎失去抓地力。

2、中央供暖恆溫器

早期中央供暖的恆溫器因為反應太快，會有自激振盪的情形，後來此問題是用遲滯現象來克服，也就是當溫度偏離目標值達到一定數值後才允許切換狀態。

3、方向修正

有許多例子是因為方向修正延遲造成的自激振盪，從在強風中的輕航機到不熟練或是酒醉駕駛人的不穩定駕駛等。

4、SEIG（自激感應發電機）

若非同步馬達連接一個電容，而軸旋轉超過臨界速度，會出現電機的振盪，結果就像在端子上有線電壓一様，而且可以有實用的用途，例如有開源的發電機都以這種原理來運作[1]。

4. 解釋機械加工過程中強迫振動和自激振動，並說明二者的區別

強迫振動是加工系統外的振源傳來的振動，它不會因為加工的停止而停止。自激振動是由於加工系統本身產生的振動，加工一但停止，其自激振動就會消失，這是二者的主要區別。也可以此來判別是什麼振動。
具體的您可參考一下相關資料，我這里的用詞可能不是太嚴密，但原理應是這樣的。願能幫到您。

5. 機械切削加工過程中產生自激振動的條件

自激振動是指沒有周期性外力作用的情況下，由系統本身特性自行激勵起來並得以穩定維持的一種振動狀態。機械切削加工過程中產生自激振動的條件為：只有正功大於負功，或者說只有系統獲得的能量大於系統對外界釋放的能量，系統才有可能維持自激振動。若用E吸收表示前者，E消耗表示後者，則產生自激振動的條件可表示為: E吸收>E消耗。

6. 如何消除機械加工中的振動

切削振動的類型及特徵 機械加工中產生的振動主要有強迫振動和自激振動(顫振)兩種類型。 (1)強迫振動：由外界周期性干擾力(工藝系統內部或外部振源)所激發的震動。其主要特徵是： 1)強迫振動的頻率與外界周期性干擾力的頻率相同，或是它的整數倍。 2)除由切削過程本身不均勻性所引起的強迫振動外，干擾力一般切削過程有關。干擾力消除，強迫振動停止。 3)強迫振動的振幅與干擾力的振幅，工藝系統的剛度及阻尼大小有關。在干擾力頻率不變的情況下，干擾力幅值越大、工藝系統的剛度及阻尼越小，則強迫振動幅越大。 4)干擾力的頻率與工藝系統某一固有頻率的比值等於或接近於1時。系統將產生共振，振幅達到最大值。 (2)自激振動(顫振)機械加工過程中，在沒有周期性外力(相對於切削過程而言)作用下，由系統內部激發反饋產生的周期性振動。其主要特徵： 1)自激振動的頻率等於或接近於系統的固有頻率。 2)自激振動能否產生及其振幅的大小，決定於每一振動周期內系統所獲得的能量與系統阻尼消耗能量的對比情況。 3)由於維持自激振動的干擾力是由振動(切削)過程本身激發的，故振動(切削)一旦中止，干擾力及能量補充過程立即消失。 強迫振動的振源及診斷 (1)強迫振動的振源 1)機床上回轉零件，如電動機、砂輪、帶輪、卡盤、工件等不平衡所引起的周期性變化的離心力。 2)切削過程本身的不均勻性，如銑削、拉削加工，車削帶鍵槽的工件表面等所引起的周期性變化的切削力。 3)機床傳動元件缺陷如製造不精確或安裝不良的齒輪、V帶厚度不均勻、平帶的接頭、軸承滾動體尺寸及形狀誤差、液壓泵工作4的工作液壓力脈動等所引起的周期性變化的傳動力。 4)往復運動部件運動方向改變時產生的慣性沖擊。 5)由外界其他振源傳來的干擾力。 (2)強迫振動的診斷 1)現場拾振，進行頻譜分析，在現場加工條件下，沿加工部位附近的振動敏感方向，用感測器(加速度計、力感測器等)拾取過程中的振動信號，作頻譜分析、畫頻譜圖。頻譜圖上較為明顯的峰值點有多少個，機械加工系統中的振動頻率成分就有多少個。 2)做環境試驗，查找機外振源，在停機狀態下拾取振動信號，進行頻譜分析。此時所得到的振動頻率成分均為機外干擾力源的頻率成分。將這些頻率成分與現場加工的振動頻率成分進行對比，如兩者完全相同，則可判定機械加工中產生的振動屬於強迫振動、且振源在機外;如現場加工的主振動頻率成分與機外干擾力頻率不一致，則需繼續進行空運轉實驗。 3)做空運轉試驗，查找機內振源，機床按加工現場所用運動參數進行空運轉，拾取振動信號並進行頻譜分析。比較空運轉試驗和現場加工中所得到的頻譜圖，除已查明的機外干擾力源的頻率成分之外，如兩者完全相同，則可判定現場加工中產生的振動屬前振動，且干擾力源在機內也存在;如果現場加工時的譜線圖上有與機床空運轉的譜線成分(過是它的整數倍)不同的頻率成分，則可判定除有強迫振動外，還有自激振動。 如果幹擾力源在機床內部，還應查找其具體位置。可採用分別單獨驅動機床各運動部件，進行空運轉試驗來查找振源的具體位置，或者對所有可能成為振源的運動部件，根據運動參數計算各運動部件的干擾力頻率，並與機床空運轉試驗譜線圖比較來確定機內振源具體位置。