圖1 磨削振動(dòng)模型 圖2 砂輪的不平衡 用砂輪進(jìn)行磨削加工是制造機(jī)械零件的常用方法，也是比較復(fù)雜的受力過程和振動(dòng)過程。振動(dòng)是磨削加工過程中不可避" />

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磨削加工砂輪振動(dòng)分析和防治

時(shí)間:2011-05-26 08:09:48 來源:未知
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圖1 磨削振動(dòng)模型
圖2 砂輪的不平衡
用砂輪進(jìn)行磨削加工是制造機(jī)械零件的常用方法，也是比較復(fù)雜的受力過程和振動(dòng)過程。振動(dòng)是磨削加工過程中不可避免和十分有害的現(xiàn)象，它能夠降低工件的精度和表面質(zhì)量，嚴(yán)重情況下可導(dǎo)致砂輪的破裂和加工系統(tǒng)的破壞，所以減輕和防止振動(dòng)是提高磨削質(zhì)量的重要措施，振動(dòng)產(chǎn)生的主要原因是：
  1. 磨削加工零件時(shí)，砂輪工作表面上的每顆磨粒相當(dāng)一把具有負(fù)前角的微型刀刃，但由于每顆磨粒的形狀不規(guī)則，導(dǎo)致磨削力的變化；
  2. 砂輪的偏心、不平衡、高速旋轉(zhuǎn)和系統(tǒng)的彈性變形引起砂輪和加工系統(tǒng)的振動(dòng)；
  3. 磨削加工系統(tǒng)內(nèi)部振動(dòng)(如動(dòng)力部分的振動(dòng)、傳動(dòng)部分的振動(dòng)、支承部分的振動(dòng))和外部振動(dòng)(外部振動(dòng)源傳給磨削加工系統(tǒng)引起的振動(dòng));
  4. 被磨削件的振動(dòng)。

1 振動(dòng)分析

砂輪的不平衡是引起強(qiáng)迫振動(dòng)的主要原因，也是比較容易檢測(cè)的，故下面主要分析砂輪的不平衡引起強(qiáng)迫振動(dòng)。如圖1，設(shè)被加工件(零件)剛度非常大，顯然砂輪在被磨削表面法向(x軸向)上的振動(dòng)對(duì)工件的精度和表面質(zhì)量影響最大，故主要研究x軸向的振動(dòng)。
如圖2，砂輪由于不對(duì)稱而產(chǎn)生不平衡，設(shè)不平衡部分集中于一點(diǎn)，其質(zhì)量為m, m的旋轉(zhuǎn)半徑為r，則產(chǎn)生離心力為 F0=mrw2=mr(2pn/60)2 (1)
式中：w為砂輪的角速度(rad/s) ; n為砂輪的轉(zhuǎn)速(r/min)。
離心力F在x軸上的投影為Fx=sin(wt+b), b為初相位角。設(shè)系統(tǒng)靜剛度為K，振動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程為   (2)
方程解得   (3)
式中：wn為系統(tǒng)固有頻率，wn=(K/m)½，a=C/(2m)，C為阻尼系數(shù)；wd=(w2-a2)½；阻尼比z=a/wn；頻率比l=w/wn；q=arctan 2xl/(1-l2) ；v0為質(zhì)點(diǎn)m初速度；x0為質(zhì)點(diǎn)m初始位置在X軸上的投影
靜變形d= F0 = F0#p#分頁標(biāo)題#e# k mw2
(4) 穩(wěn)態(tài)振動(dòng)響應(yīng)H= d [(1-l2)2+(2xl)2]½
(5)
穩(wěn)態(tài)振動(dòng)響應(yīng)H表明了磨削系統(tǒng)固有的振動(dòng)特性，降低穩(wěn)態(tài)振動(dòng)響應(yīng)，是減輕振動(dòng)的十分有效措施。

2 振動(dòng)的防治措施


    圖3 內(nèi)圓磨削接桿圖
    圖4 接桿懸伸長度L與砂輪穩(wěn)態(tài)振動(dòng)響應(yīng)H之間的關(guān)系
  1. 提高磨削系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性
    1. 提高磨削系統(tǒng)的剛度
      由式(4)、式(5)可知，提高磨削系統(tǒng)的剛度K , 可顯著降低穩(wěn)態(tài)振動(dòng)響應(yīng)H。由于受空間位置和幾何尺寸的限制，內(nèi)圓磨床接桿一般是細(xì)而長(如圖3) ，降低了接桿的剛度，是引起振動(dòng)的主要原因。在M2110A 內(nèi)圓磨床上磨削一零件內(nèi)孔，零件是淬火鋼，孔徑是50.4Omm ，選用內(nèi)外徑分別是6mm 、30mm陶瓷結(jié)合劑平行砂輪，砂輪轉(zhuǎn)速14,400r/min , 工件轉(zhuǎn)速20Or/min ，圖4表明了內(nèi)圓磨床接桿懸伸長度L與砂輪穩(wěn)態(tài)振動(dòng)響應(yīng)H之間的關(guān)系，顯然，L愈大，磨削系統(tǒng)的剛度K愈小，砂輪穩(wěn)態(tài)振動(dòng)響應(yīng)H愈大。
    2. 增加磨削系統(tǒng)的阻尼和避開共振區(qū)
      由式(5)可知，提高磨削系統(tǒng)的阻尼，可顯著降低穩(wěn)態(tài)振動(dòng)響應(yīng)H 。磨床上大部分阻尼產(chǎn)生于導(dǎo)軌面和連接面，在其導(dǎo)軌面上建立油膜，主軸采用滑動(dòng)軸承支承，可顯著提高磨削系統(tǒng)的阻尼。
      當(dāng)振動(dòng)頻率w接近系統(tǒng)固有頻率w0時(shí)，l≈1 , 系統(tǒng)發(fā)生共振，砂輪振幅劇增，應(yīng)盡量避免。
  2. 采用減振裝置

    圖5 砂輪上裝減振器
    圖6 裝減振器前后的幅頻特性曲線
    在M1040無心磨床上磨削直徑為20mm 圓柱滾子零件時(shí)，其表面產(chǎn)生棱形波紋，經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)當(dāng)振動(dòng)頻率為160～18OHz 時(shí)，磨頭振幅最大，發(fā)生共振現(xiàn)象。對(duì)磨頭進(jìn)行激振試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)固有頻率為17lHz ，為降低系統(tǒng)固有頻率，在無心磨床砂輪主軸外端安裝阻尼減振器(如圖5) ，減振器的外殼與砂輪主軸剛性連接，附加質(zhì)量滑套在減振器的軸上，外殼與附加質(zhì)量之間充滿具有一定阻尼的液壓油。裝上減振器后，經(jīng)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)固有頻率降為105Hz ，系統(tǒng)穩(wěn)定性顯著改善，零件質(zhì)量也大為改善(如圖6)。

    圖7 對(duì)砂輪進(jìn)行修整前后的振幅