摘要：在鏜削加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生自激振動(dòng)，當(dāng)振動(dòng)量超過(guò)允許的范圍時(shí)振動(dòng)會(huì)加劇，影響機(jī)床的工作性能，使機(jī)床的零部件產(chǎn)生附加動(dòng)載荷，減少零件的壽命。通過(guò)加深對(duì)自激振動(dòng)有關(guān)理論的分析，可以合理改善刀具鏜桿結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)帶有撞擊塊的刀桿，起到消振器的作用，穩(wěn)定切削區(qū)加工零件，能夠有效避免鏜削加工中的有害自激振動(dòng)。

關(guān)鍵詞：鏜削加工；自激振動(dòng)；不穩(wěn)定區(qū)；撞擊塊；衰減速度 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TG53 文章編號(hào)：1009-2374（2015）22-0062-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.22.031

自激振動(dòng)又稱為欠阻尼振動(dòng)，是由振動(dòng)本身運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的阻尼力非但不阻止運(yùn)動(dòng)，反而將進(jìn)一步加劇這種振動(dòng)，在沒有外激勵(lì)作用的情況下，只在特定的系統(tǒng)產(chǎn)生由自身激發(fā)所產(chǎn)生的一種振動(dòng)且振動(dòng)即能保持下去，簡(jiǎn)稱自振。鏜削加工中的自激振動(dòng)來(lái)自于切削過(guò)程中刀具與工件之間的一種相對(duì)振動(dòng)。產(chǎn)生的振動(dòng)直接影響零件表面質(zhì)量、勞動(dòng)生產(chǎn)率以及機(jī)床本身和刀具的壽命，當(dāng)振源的頻率與機(jī)床的固有頻率或其倍數(shù)相等時(shí)，機(jī)床將發(fā)生共振，使振幅增加。嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)惯\(yùn)動(dòng)件損壞，產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲。

1 鏜削加工中產(chǎn)生自激振動(dòng)的主要原因

主振模態(tài)耦合原理是目前解釋產(chǎn)生自激振動(dòng)的主要理論。該理論認(rèn)為刀具與工件相對(duì)振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，是以質(zhì)量耦合的形式在兩個(gè)方向上相互關(guān)聯(lián)的振動(dòng)組合（兩個(gè)自由度方向的振動(dòng)）振動(dòng)時(shí)，刀具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的軌跡是順時(shí)針?lè)较虻臋E圓形狀；維持振動(dòng)能量（即切削力的變動(dòng)）僅取決于切削截面的大小變化，而與振動(dòng)速度

無(wú)關(guān)。

推演振動(dòng)過(guò)程表示，切削速度為V，刀尖受力為P，設(shè)定刀具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的軌跡是順時(shí)針?lè)较虻臋E圓形，有四個(gè)象限點(diǎn)，分別是刀尖A點(diǎn)，依次順時(shí)針為C點(diǎn)、B點(diǎn)和D點(diǎn)。刀尖由A點(diǎn)經(jīng)C點(diǎn)到B點(diǎn)，再由B點(diǎn)經(jīng)D點(diǎn)到A點(diǎn)，切入時(shí)為A→C→B，切深較??；切出時(shí)為B→D→A，切深較大。由切深變化而引起了切削力的變化。刀尖沿切削力P同一方向（B→D→A）移動(dòng)時(shí)所受到的切削力比刀尖沿切削力P相反方向（A→C→B）移動(dòng)時(shí)所受到的切削力要大。這樣，在每一循環(huán)內(nèi)，切內(nèi)削力P對(duì)刀具部件做的正功大于負(fù)功，使得振動(dòng)加強(qiáng)。直到每一循環(huán)獲得的能量與消耗在阻尼中的能量平衡為止。此后，振動(dòng)便以一定的振幅持續(xù)下去。

2 控制自激振動(dòng)的方法

2.1 坐標(biāo)聯(lián)系原理

建立兩自由度振動(dòng)的力學(xué)模型，刀具運(yùn)動(dòng)縱向?yàn)閄軸，刀具運(yùn)動(dòng)橫向?yàn)閅軸，切削速度為V，刀尖受力為P并于Y軸形成夾角為，在切削速度為V前方受到系統(tǒng)剛度。設(shè)工件為絕對(duì)剛性，刀具部件同時(shí)在X1與X2兩個(gè)相互垂直的方向上振動(dòng)，在K1方向上系統(tǒng)剛度為K1，在K2方向上系統(tǒng)剛度為K2（假設(shè)K1

2.2 撞擊式消振原理

消振原理與過(guò)程如圖1所示。在鏜桿內(nèi)部安裝撞擊塊，成為介質(zhì)阻力。在振動(dòng)過(guò)程中要不斷克服介質(zhì)阻力做功，消耗能量，振幅就會(huì)逐漸減小，振動(dòng)方程解為欠阻尼。建立縱坐標(biāo)為振動(dòng)位移A，橫坐標(biāo)為頻率T。開始時(shí)為0位移，但當(dāng)鏜刀受到的瞬時(shí)擾力激發(fā)振動(dòng)后，從平衡位置0產(chǎn)生位移A1，鏜桿獲得了位能（圖1），處于位移A的負(fù)半軸，可用a表示；當(dāng)瞬時(shí)干擾力消失后，鏜桿在彈性恢復(fù)力的作用下回到平衡位置上，可用b表示，鏜桿具有最大速度Vmax（從圖1的a到b的位置），在這個(gè)過(guò)程中鏜桿帶動(dòng)撞擊塊（質(zhì)量）運(yùn)動(dòng)；在圖1中b位置繼續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，鏜桿和撞擊塊（質(zhì)量M）都具有Vmax，在慣性力和彈性力的雙重作用下，鏜桿繼續(xù)離開平衡位置而運(yùn)動(dòng)到1中c位置，也就是振動(dòng)的最高點(diǎn)，即位移A正半軸。由于鏜桿彈性反抗力的作用，速度由Vmax→0，而撞擊塊只受到彈性力的作用，因此在最高位置圖1中c時(shí)仍具有Vmax，這時(shí)撞擊塊與鏜桿離開。當(dāng)鏜桿由最高位置1中c再向平衡位置d運(yùn)動(dòng)時(shí)，鏜桿與撞擊塊發(fā)生碰撞，撞擊塊吸收了鏜桿的動(dòng)能，使鏜桿在經(jīng)過(guò)第3/4個(gè)周期后（由圖1的d到e），鏜桿由平衡位置d繼續(xù)振動(dòng)到最低點(diǎn)e，振幅明顯地由A1減小到A2。此過(guò)程運(yùn)動(dòng)一直往復(fù)下去，則使鏜桿振動(dòng)幅度逐漸減小。鏜桿振動(dòng)的衰減速度主要取決于撞擊的質(zhì)量M以及撞擊塊與鏜桿內(nèi)孔壁的間隙大小。

3 合理的改善措施

第一，針對(duì)不同工件材料求出穩(wěn)定切削區(qū)，提高刀具的抗振性改善刀桿的慣性矩、彈性模量和阻尼系數(shù)?？刹捎貌煌Y(jié)構(gòu)鏜桿選擇=135°削扁鏜桿或者是=45°削扁鏜桿圓鏜桿。我們測(cè)定其動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，可改變其剛度主軸坐標(biāo)位置，即改變角。使角從0°～180°變化，針對(duì)加工工件材質(zhì)不同、機(jī)床不同等因素，尋找該刀具與工件的穩(wěn)定切削區(qū)，從而消除了自激振動(dòng)。

第二，針對(duì)鏜桿的不同，采用合理撞擊塊消振鏜桿消振。鏜桿上使用的撞擊式消振器主要結(jié)構(gòu)設(shè)想，鏜刀正常安裝在鏜桿上，但在鏜刀前部與鏜桿端部加工一定大小和深度的孔槽，用以安放一定質(zhì)量M的撞擊塊，為防止撞擊塊掉落，可以在鏜桿頭部安裝端蓋。這里需要特別注意控制鏜桿振動(dòng)的衰減速度主要取決于撞擊的質(zhì)量以及撞擊塊與鏜桿內(nèi)孔壁的間隙大小。

4 結(jié)語(yǔ)

采用上述幾項(xiàng)消振措施后，現(xiàn)在該鏜削加工的自激振動(dòng)已得到明顯控制減小消除，加工中的噪聲得到顯著降低。

宏觀來(lái)看，刀具與工件中產(chǎn)生的自激振動(dòng)只是引起機(jī)床振動(dòng)和噪聲的一個(gè)方面，而機(jī)床的振動(dòng)又有很多種，產(chǎn)生的因素很多也很復(fù)雜，其他如齒輪嚙合的振動(dòng)、主軸的旋轉(zhuǎn)等都是引起自激振動(dòng)不可忽略的因素。

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作者簡(jiǎn)介：劉春英（1985-），女，山東濟(jì)寧人，供職于濟(jì)寧市技師學(xué)院，工程碩士，研究方向：機(jī)械工程領(lǐng)域。

（責(zé)任編輯：陳 倩）