金属切削机床概论试卷（通用4篇）
课程代码： 学分数：
学时数：60（讲授学时）适用专业：机电类专科
开课单位：五邑大学继续教育学院江门高级技工学校分教点
一、课程教学目的、要求 教学目的：
《金属切削机床》是机械设计制造及自动化专业的一门主要专业课，主要任务是使学生能根据说明书及机床实物来了解机床工作原理、传动系统与结构；能根据工作要求正确选用机床；初步掌握机床结构设计的方法；初步具有对机床主要部件进行设计的能力。对学生毕业后能否完成一般机械设计及加工工作有直接的影响，在专业课中占有很重要的地位。
教学要求：
通过本课程的教学应使学生达到下列基本要求：
1、了解机床的主要类型，性能特点及其工艺范围，具有合理选用机床的基本知识；
2、熟悉典型机床的运动、传动、结构和操纵控制原理，初步掌握认识和分析机床的方法和步骤；对一般机床能根据说明书和实物，掌握其工作原理、传动和结构。能按加工要求对机床进行调整。
3、了解机床设计的原则和步骤，初步掌握机床方案设计的分析方法。
4、熟悉机床主要部件的结构、性能要求及其设计原理。初步掌握机床零件和部件的设计方法，具有对现有机床进行改装和设计专用机床及一般机器的初步能力。
二、知识要点：
绪论
1、教学内容：绪论
2、教学目的及要求：通过学习金属切削机床概述机床的基础知识，了解机床在国民经济中的地位及机床的发展简史。
3、教学重点：掌握机床的分类及型号编制方法，记住常用机床的类代号、通用特性代号、主参数等，掌握通用机床、专门化机床和专用机床的主要区别。
4、教学难点：掌握机床的分类及型号编制方法
5、各章节教学时间分配及进度安排：绪论1学时
6、主要教学环节的组织：本课题为课堂理论教学，主要围绕一些重要的概念展开讲解，通过本课题教学使学生基本掌握金属切削机床的分类与型号的编制方法。
第一章 机床的运动分析
1、教学内容：
第一节 工件加工表面及其形成方法 第二节 机床的运动
第三节 机床的传动联系和传动原理图
第四节 机床运动的调整
2、教学目的及要求：掌握工件表面成形运动和辅助运动。
3、教学重点：工件表面形状和形成方法，发生线的形成方法，机床的传动原理图。
4、教学难点：机床运动调整计算的一般方法
5、各章节教学时间分配及进度安排：
第一节 工件加工表面及其形成方法 1学时 第二节 机床的运动 1学时
第三节 机床的传动联系和传动原理图 2学时 第四节 机床运动的调整 1学时
6、主要教学环节的组织：本课题为课堂理论教学，围绕一些重要的概念展开讲解。
第二章 车床
1、教学内容：
第一节 车床的用途、运动和分类
第二节 CA6140型卧式车床的工艺范围和布局
第三节CA6140型卧式车床的传动系统
第四节 CA6140型卧式车床的主要结构
第五节 CK3263B型数控（CNC）转塔车床
第六节 CM1107型精密单轴纵切自动车床
2、教学目的及要求：了解机床的主要类型、性能特点及其工艺范围，具有合理选用机床的基本知识，掌握车床的运动传动结构和操纵控制原理。
3、教学重点： 剖析CA6140型卧式车床的传动系统和主要结构。其中，传动系统应掌握传动的原理图、系统图、路线表达式、调整计算（运动平衡式）和转速图等的概念和方法。车床主要是主轴箱、进给箱和溜板箱中的重要结构：主轴及其轴承、主轴开停及换向离合器、制动装置、变速操纵机构、开合螺母及其操纵机构、刀架纵横向机动进给操纵机构、互锁机构、过载保险装置。
4、教学难点：典型卧式车床传动系统分析、主运动传动链、螺纹进给传动链、纵向和横向进给传动链、刀架快速移动传动链。
5、各章节教学时间分配及进度安排： 第一节 车床的用途、运动和分类 1学时
第二节 CA6140型卧式车床的工艺范围和布局 1学时 第三节CA6140型卧式车床的传动系统 3学时 第四节 CA6140型卧式车床的主要结构 3学时 第五节 CK3263B型数控（CNC）转塔车床 2学时 第六节 CM1107型精密单轴纵切自动车床 2学时
6、主要教学环节的组织：到车间现场了解机床的运动以及卧式车床的组成、传动链、主要部件结构。
第三章 磨床
1、教学内容：
第一节 磨床的功用和类型
第二节 M1432A型万能外圆磨床 第三节 其它类型磨床简介 第四节 高精度磨床
2、教学目的及要求：了解磨床的传动系统、传动结构、机床的操纵机构及其操作方法，熟悉和掌握磨床主要部件及其调整方法。
3、教学重点： M1432A万能外圆磨床的工艺范围、组成部件、运动、传动特点、主要结构(砂轮架和内磨装置)。
4、教学难点：M1432A万能外圆磨床的传动系统、机床的操纵机构
5、各章节教学时间分配及进度安排： 第一节
磨床的功用和类型 1学时
第二节
M1432A型万能外圆磨床 3学时 第三节 其它类型磨床简介 1学时 第四节 高精度磨床 1学时
6、主要教学环节的组织：争取采用多媒体电化教学手段，以提高教学效果。
第四章 齿轮加工机床
1、教学内容：
第一节 齿轮加工机床的工作原理和分类 第二节 滚齿机的运动分析 第四节 YC3180型淬硬滚齿机
第四节 内联系传动链换置器官的布局方案与挂轮的微机选取法 第五节 其它齿轮加工机床的运动分析
2、教学目的及要求：通过分析YC3180滚齿机的传动系统，掌握传动原理图及范成运动、进给运动和附加运动等传动链。
3、教学重点：掌握YC3180滚齿机的传动原理图及范成运动、进给运动和附加运动的传动链。
4、教学难点：滚刀安装角，工件运动方向的确定与调整 加工齿齿大于100的质数直齿圆柱齿轮的调整原理
5、各章节教学时间分配及进度安排：
第一节 齿轮加工机床的工作原理和分类 1学时 第二节
滚齿机的运动分析 2学时
第三节 YC3180型淬硬滚齿机 1学时
第四节 内联系传动链换置器官的布局方案与挂轮的微机选取法 2学时 第五节
其它齿轮加工机床的运动分析 2学时
6、主要教学环节的组织：安排现场教学，要学生把基本理论知识、图纸和实物结合起来分析、研究。在有条件的情况下，还可安排专门的机床部件拆装实习，以增强学生对滚齿机床结构的感性认识，并培养其动手能力。
第五章 数控机床
1、教学内容：
第一节 数控机床的产生和特点
第二节 数控的工作原理 第三节 数控机床的伺服系统 第四节 数控机床的程序编制
第五节 JCS－018型立式镗铣加工中心 第六节 机床数控技术的发展
2、教学目的及要求：掌握典型数控机床的传动，学会数控机床的程序编制
3、教学重点：数控机床主传动特点、主轴组件分析、数控进给传动系统及组成元件、数控机床的自动换刀装置、数控机床的程序编制
4、教学难点：数控机床主轴组件分析、数控机床的自动换刀装置
5、各章节教学时间分配及进度安排： 第一节 数控机床的产生和特点 1学时 第二节 数控的工作原理 1学时 第三节 数控机床的伺服系统 2学时 第四节 数控机床的程序编制 4学时
第五节 JCS－018型立式镗铣加工中心 3学时 第五节 机床数控技术的发展 1学时
6、主要教学环节的组织：通过生产实习手段解决。
第六章 其它机床
1、教学内容： 第一节 铣床 第二节 镗床 第三节 钻床 第四节 组合机床 第五节 直线运动机床
2、教学目的及要求：通过本课题教学，使学生了解铣床、钻床、镗床、磨床、滚齿机床、数控机床的组成以及各自的特点和加工范围。
3、教学重点：钻床、镗床、铣床、刨床、拉床的主要类型、工作方法、结构特点及其应用范围。坐标镗床的坐标测量装置。
4、教学难点：坐标镗床的坐标测量装置。
5、各章节教学时间分配及进度安排： 第一节 铣床 1学时 第二节 镗床 1学时 第三节 钻床 2学时
第五节 组合机床 2学时 第五节 直线运动机床 2学时
6、主要教学环节的组织：本课题为课堂理论教学，通过观看VCD手段解决。
三、其它教学环节：
(一)习题课：配合考前复习，适当安排1—2次习题课，选择有启发性的课题，目的在于加深学生对课程内容的理解。
(二)课堂讨论：根据需要进行安排，时间不另立，可穿插在课堂教学中进行，对在课外作业中出现的共同性问题进行讲评，提高学生分析问题的能力。
(三)课外作业量：为了促进学生的学习主动机，在每一章节之后都应安排一定数量的课外作业量。
9.本课程应在学完本专业有关的技术基础课和专业基础课后进行工艺、刀具、液压、电气等专业课，互为条件和依据。
五、主要参考书目：
《金属切削机床》 上册 黄鹤汀主编 机械工业出版社出版 《金属切削机床》 下册 黄鹤汀主编 机械工业出版社出版
《数控机床》 第三版 吴祖育 秦鹏飞主编 上海科学技术出版社出版
四、说明：
1、先修课程：理论力学、材料力学、机械原理、机械零件、金属切削原理及刀具
2、本课程主要讲述机床的运动、传动、结构、操纵控制原理及其调整使用方法。讲授时应相互联系，前后呼应。
3、金属切削机床种类繁多，它们各具个性，但又有共性。本课程的主要教学目的不在于使学生掌握多少种(台)具体机床的传动、结构及其调整的计算方法，而是使学生掌握分析机床运动、传动，结构、操纵控制的基本知识和方法。因此在概论部分的内容安排上，选择卧式车床、滚齿机、万能外圆磨床等几种具有代表性的通用机床作比较详细的分析。在此基础上，再概略论述其它通用机床的特点、工艺范围和应用范围，从而使学生既懂得机床运动，传动、结构，操纵控制与调整计算的基本规律，掌握认识和分析机床的方法，同时对各种常用机床的工作方法及使用情况也有一般了解，为合理选用机床提供必要的基本知识。
4、讲授“其它机床”时，应着重从加工表面形状、加工方法、工件形状、工件尺寸与重量、加工质量要求，生产批量等工艺因素以及科学技术的发展出发，综述机床类型的形成与扩展。各种具体类型机床的加工方法、布局及其应用范围等，通过生产实习及观看VCD等手段解决。
5、为使教学实现„三个面向”的要求，数控机床的内容作了适当调整。在介绍完机床概论后，着重分析数控机床与通用机床的异同，如主传动、主轴组件、进给传动等。组合机床的内容只作适当介绍。
6、本课程是一门实践性较强的课程，教学过程中应使学生尽可能多接触机床实物如组织学生去实验室、工厂参观各种机床，具体机床的结构及其调整方法等可安排现场教学，要学生把基本理论知识、图纸和实物结合起来分析、研究。在有条件的情况下，还可安排专门的机床部件拆装实习，以增强学生对机床结构的感性认识，并培养其动手能力。
7、机床构造复杂，且通常只有在运动技术状态下才能真正了解其工作方法。为此，应争取多采用多媒体电化教学手段，以提高教学效果。
关键词：普通机床,数控化,改造
机床(英文名称:machine tool)诞生于17世纪中期,机床是利用金属切削原理将金属毛坯件加工成机械零件的机械加工设备,通俗讲机床就是制造机器的机器,又称其为“工作母机”或“工具机”。
机床的先进化程度和自动化水平是机械制造工业的基础,肩负着为国民经济和国防工业提供现代化技术装备任务。以机床为基础的机床工业技术水平很大程度上标志着一个国家的工业生产能力和科学化水平。
1普通金属切削机床改造的必要性
普通金属切削机床是利用待加工件与刀具之间的相对运动完成对毛坯件的机械加工,是我国机械制造领域、国防工业和机械制造发展进程中使用最多的一类机床。
普通金属切屑机床种类繁多,分类复杂,若按加工方式或加工对象可分为车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、花键加工机床、铣床、刨床、插床、拉床、特种加工机床、锯床和刻线机等。
到21世纪的今天,随着信息技术、计算机技术、网络技术和机电一体化的高速发展,伴随着加工方式的改变以及企业转型升级需要,普通金属切削机床的使用范围越来越窄,零件加工受限制条件越来越多,无法加工形状复杂零件,自动化程度不高,加工精度难于保证等方面的缺陷尤为明显,如何将对现有的普通金属切削机床进行数控化改造,更好的满足生产、教学、研究的现实需要,提升普通金属切削机床的使用范围和设备利用率,仍然是摆在众多生产企业、学校学院和研究机构面前的一个课题。
同时,对普通金属切削机床进行数控化改造后还有利于提高机床的使用范围,提高加工精度和加工产品的稳定性;有利于扩大加工零件范围,能加工单件、中小批量生产和加工形状较为复杂的零件等;有利于节约企业生产成本,减少劳动时间,提高生产效率;有利于降低人为操作的影响,减轻工人劳动的强度。
2普通金属切削机床数控化改造内容
普通金属切削机床的数控化改造内容主要包括三个方面。
1)对普通机床数控化改造的经济实用性评估。主要包括机床的结构、性能、功能、加工精度、基本部件、主要结构件、驱动系统和刀具系统等方面的比较分析。
从生产实际、可行性和现实可操作的角度出发,结合实际,开展调查研究,分析机床自身价格和数控化改造价格比较,分析改造所需资金投入的比例是否合理。
2)机床机械部件上的改装。主要包括机床导轨精度修复,根据精度要求合理选择滚珠丝杆或滑动丝杆。特别注意防止硬质颗粒状杂物进入滑动面损伤导轨。机床主轴箱传动部件改造,选择的齿轮传动应该较好满足数控机床的传动要求,确保传动精度达到要求。
另外还有机床进给系统机械传动部件改造以及车床刀具装夹机械改造等等。
3)机床电气控制系统上的改造。主要是基于PLC技术的控制系统改造。包括主轴驱动系统改造、伺服系统改造和刀架电动机控制线路系统改造等。
3普通金属切削机床数控化改造一般步骤
1)通过前期调查研究,明确数控化改造目标的任务。主要阐述机床数控化改造的原因,分析机床数控化改造后的功能,改造成本分析比较。
2)数控化改造总体方案设计。主要包括数控系统的类型遴选,机械部分总体改造思路、电气部分总体改造思路。
3)数控化改造设计计算。主要包括机械部件改造所需的设计计算依据和结果。选用部件的具体型号、绘制装配图。
4)数控化改造中的部件制造、安装。主要包括改造机床的制造、机械零部件的制造和安装。
5)数控化改造后功能调试和系统完善。主要包括动力传输系统、控制系统和进给系统的功能调试以及运行数据的完善。
4普通金属切削机床数控化改造的现实意义
1)资金压力小,节约成本。机床数控化改造与数控机床新购相比可节约60%左右的费用,对大型机床数控化改造及特殊设备更加明显。
2)资源利用率高,设备环境改造小。机床的数控化改造可利用现有的地基、厂房和线路。
3)性能稳定可靠。原机床在使用中,精度已达到要求,经过数控化改造后精度利于保证。
4)生产效率高。机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比原机床高3—5倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装,不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。
参考文献
[1]张雪琴.未来数控机床发展趋势与特点[J].科技与企业,2012(06).
[2]盛伯浩.数控机床发展趋势及对策[J].世界制造技术与装备市场,2004(03).
[3]国家发展改革委.关于推进再制造产业发展的意见[J].设备管理与维修,2010(07).
[4]机床制造产业网.国内机床数控化率低改造市场潜力大[EB].机床制造产业网,2012-10-26.
[5]吉云亮,张瑞东.国机械制造业的发展及其人才需求的思考[J].电力学报,2009(12).
[6]国务院办公厅.国务院关于促进企业技术改造的指导意见[EB].中央政府门户网站,2012-09-01.
【关键词】金属切削；机床精度；因素；对策
金属切削机床是用切削、磨削或特种加工方法加工各种金属工件，使之获得所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量除手携式以外的机床。 金属切削机床在目前机械加工领域中，它是使用最广泛、数量最多的机床类别。金属切削机床是以切削的方式来进行对金属毛坯的加工，它是一种制造产品的机器，习惯上人们将其称作机床，它的工作过程是刀具和工件相互运动、相互作用的过程。在生产过程中，金属切削机床的精度决定着产品的质量，所以包装金属切削机床精度具有着重要的意义。
1.影响金属切削机床精度的因素
金属切削机床在加工过程中，其刀具和工件中间的运动都将通过机床来完成，而刀具、工件和机床之间的位置关系都将靠机床来保证。所以，机床精度将直接影响着产品加工精度，而影响金属切削机床精度的因素则主要有以下几方面。
1.1主轴的回转误差
在金属切削机床加工过程中，从理论上来将其主轴旋转时旋转轴线应和主轴的几何轴线相重合。但是在实际的加工过程中，因存在各个误差因素将促使回转轴线在每一个瞬间的空间上都是发生变化的，所以主轴回转存在着一定的误差，其误差的大小将直接影响着金属切削机床的精度。主轴回转误差主要有径向圆跳动、轴向窜动和纯角度摆动三种形式。而引起这三种形式的原因有主轴轴劲的误差，轴劲之间的同轴度、主轴挠度以及支撑轴对轴劲轴心线的垂直度都将致使主轴轴劲产生误差；主轴一般将通过轴承安装在箱体的主轴孔里，其轴承的制造、安装误差也将影响着主轴的回转精度。
1.2导轨误差
机床导轨的作用是支承并引导运动部件，使之沿直线或圆周轨迹准确地运动。但导轨在安装使用过程中会存在着一定的误差，其误差的存在将促使导轨上的运动轨迹出现误差，致使影响了对工件的加工精度。导轨误差是影响金属切削机床精度的主要因素之一，其主要表现在导轨的直线度误差、导轨在垂直平面内的平行度误差和导轨和主轴轴线之间的位置误差。
导轨的直线度误差分水平和垂直两个方向，这两个方向上的误差并不一定会全部传给工件，而只有处于加工误差敏感方向上的误差才会影响工件的精度。导轨在垂直平面内的平行度误差是机床前后两导轨在垂直平面内不平行而造成其上的运动部件前后摆动，致使刀具或工件的运动轨迹成一条空间曲线，从而造成了工件的形状误差。导轨与主轴轴线之间的位置误差是导轨与主轴轴线之间的位置关系不正确，将会造成工件母线与其轴线之间的位置关系不正确，如在车床中，若纵向导轨与主轴轴线在水平方向不平行，车外圆时，就会使工件产生锥度误差，若使横向导轨与主轴轴线不垂直，则车端面时，就会使工件端面变成中凹或中凸的圆锥面。
1.3传动链误差
当机械加工过程中需要用展成法来加工工件表面形状时，就必须采用内联系传动链来保持两工件之间的运动关系。如果内联系传动链存在误差就会造成了该运动关系的不准确，势必会造成工件的加工误差。如车螺纹，主轴和刀具是其执行工件，他们的运动关系是主轴转一圈，刀具进给一个螺纹导程。如果传动链误差使刀具进给的快了或者进给的慢了，就会造成螺纹的螺距误差，影响刀具运动的正确性。所有传动链误差是影响金属切削机床精度的主要因素之一。
1.4刀具和夹具的误差
刀具的误差是刀具在加工中的磨损会引起被加工工件的尺寸和形状的改变。而夹具的误差是在加工过程中工件与机床、刀具的位置关系往往通过夹具来确定的，所以夹具误差主要影响工件与机床、刀具的位置关系的正确性。刀具和夹具的误差必将影响着金属切削机床的精度。
2.提高金属切削机床精度的对策
（1）对于机床主轴的回转误差而影响技术切削机床的精度，其主要在主轴零件、轴承以及轴承孔的精度控制，所以在对这些零部件的加工时一定要严格、认真的对其进行加工，确保其各零件都符合精度要求。
（2）在金属切削加工过程中，要确保工件在机床上的安装正确，避免被吃刀量时而增大时而减小的现象，以免造成机床主轴的回转误差，影响到机床精度，使得工件的断面加工不平整。
（3）对于金属切削机床导轨的加工与安装，必须对导轨的直线度、导轨在垂直平面内的平行度以及导轨与主轴轴线之间的位置进行严格的质量控制，确保导轨的精度要求，从而提高金属切削机床的精度。
（4）通过减小传动链误差来提高金属切削机床的精度。通过减少传动链中的元件数，来缩短传动链，从而减少误差来源。通过提高传动元件，特别是末端传动元件的制造精度和装配精度，消除间隙，使传递瞬时速度稳定，特别是反向运动的时候，会造成滞后。通过采用误差修正机构，来提高传动精度，人为地加工一个与机床传动误差大小相等，方向相反的误差，以抵消传动链本身的误差。
（5）减少刀具和夹具的误差，提高金属切削机床的精度。刀具和夹具是金属切削机床的主要部件，一般刀具的制造误差对于工件的加工精度时没有什么直接影响的，主要在于刀具磨损后，会产生对工件形状的加工误差，所以，在加工过程中需注意对刀具的修复。当刀具出现磨损是，要立即对其进行更换。夹具的制造误差将直接反映着金属切削机床的精度，所以对于加工的加工制造应注意到期质量的控制，确保其精度达到机床要求。在夹具的装配过程中，应注意控制各尺寸误差或者位置误差。
3.结语
在对金属切削机床的实际应用过程中，我们不难发现影响其精度的主要因素是其内部各零件质量以及对其零件的安装质量控制。所以在金属切削机床的制造过程中因注意各零部件的作用，严格控制其对精度的要求。在安装过程中，也应严格控制对精度的要求。只有这样才能有效的减少误差，而提高金属切削机床的精度，才能加工出满意的产品。 [科]
【参考文献】
[1]唐宗军.机械制造基础[M].北京：机械工业出版社，2008.
[2]唐进元，曹康，李国顺等.机床调整参数误差对小轮齿面误差影响规律的理论研究[J].机械工程学报，2010（17）.
机床本身及其零部件都是弹性系统, 当受到随时间变化的激励时, 必然产生受迫振动。当振动发生时, 工件表面会产生明显的振纹, 使其表面质量恶化, 粗糙度增加, 振动严重时, 会产生崩刀、打刀现象, 使加工过程无法进行。振动加速了刀具或砂轮的磨损, 还导致机床联接部分松动, 影响轴承工作性能, 使机床过早丧失精度。本文就引起机床受迫振动的主要振源进行分析, 讨论影响振幅的因素, 从而提出控制机床受迫振动的主要途径和措施。
2 偏心质量引起的受迫振动
机床中的旋转件由于形状不对称、材质不均匀等因素, 难免具有偏心质量, 它在某一个方向上的分力将呈周期性变化, 使旋转件受迫振动, 从而使机床受迫振动。
在图1中设偏心质量为m, 偏心距为e, 角速度为ω=2πn/60rad/s, 离心惯性力为P=meω2, 垂直分量PX=meω2sinωt, 振动方程为:
减少这种振动的基本措施:
1) 减小偏心质量m和偏心距e, 振幅A将呈正比例减小。
2) 改变频率比λ。当λ<<1时, A→0, 即当转速很低时, 离心力很小, 振动也很小。当λ≈1时, ω=ωn, 系统将发生共振, 振幅A急剧增大, 该转速称为临界转速。当λ>>1时, A≈me/M, A→0, 即当转速很高时, 离心力很小, 振动也很小。
3) 增加系统阻尼比ζ。增大系统阻尼比可降低振幅, 特别是可以有效降低共振区的振幅。将式 (2) 对λ求导并令其等于零, 即坠A/坠λ=0, 可求得振幅最大时的频率比为:
将式 (3) 代入式 (2) 后得最大振幅为:
由于ζ<<1, ζ2可忽略不计, Amax≈me/ (2Mξ) , 可见, Amax与ζ成正比, 因此, 增加系统的阻尼, 可有效降低其共振区的振幅。
3 齿轮振动
3.1 引起齿轮振动的原因
引起齿轮振动的原因主要是齿轮加工和装配误差, 轮齿刚度的周期性变化。
1) 齿轮加工和装配误差。齿圈径向跳动:由于齿轮的周节和齿侧间隙周期性的变化, 导致一个转动周期内从动齿轮变速旋转, 产生惯性力, 引起振动。齿形和齿距误差:在有误差的地方, 从动齿轮角速度发生变化, 产生冲击和振动。
2) 轮齿刚度的周期性变化。由于多数齿轮传动重合度不为整数, 两对轮齿同时处于啮合状态时的啮合刚度要比只有一对轮齿处于啮合状态时的刚度大, 从而使轮齿的啮合刚度产生周期性大幅度变化, 造成弯曲变形变化, 使齿轮产生频率为啮合频率的受迫振动, 当ω=ωc时, 发生“共振”。
3.2 减少齿轮振动措施
1) 提高齿轮的加工和装配精度, 采用非整数的齿轮传动比。2) 重合度取整数, 对重合系数不能选为整数的传动, 应尽量取较大的重合系数。3) 调整齿轮的各种振动频率, 防止“共振”, 提高刚度和阻尼。
4 滚动轴承的振动
4.1 本质性振动
本质性振动与轴承的制造误差和使用条件无关, 是滚动轴承特有的振动。
1) 滚动体通过振动。在具有径向间隙的轴承上, 只有径向载荷作用时, 才会产生滚动体通过振动。当某一滚动体位于径向载荷作用方向的下面时, 轴心在最上面;当有两个滚动体位于径向载荷方向对称位置时, 轴心在最下面, 由此, 每当一个滚动体通过径向载荷下面时, 轴心将产生一次往复运动, 随着轴承的旋转, 这种往复运动周期进行下去。这种振动的频率等于保持架的转速fc和滚动体个数z的乘积:f=z·fc, Hz。
防止措施:尽量减少轴承径向间隙, 必要时给轴承适当的预加载荷。
2) 套圈的固有振动。假设轴承外圈为刚体, 由外圈的径向惯性矩和轴承倾斜方向的弹性刚度组成一个外圈惯性矩摇摆振动系统, 由外圈质量和轴向刚度组成一个外圈弹簧质量的轴向振动系统。当这两种振动系统受到激振力作用时就会产生各自的固有振动。
由于轴承滚道表面和滚动体存在形状误差和不规则波纹, 滚道和滚动体的接触弹性将产生微小的交替变化, 给套圈施加激振力, 引起套圈的固有振动。为了减小这种振动, 必须提高滚道和滚动体的加工精度。
3) 轴承弹性引起的振动。把轴承所支承的旋转件视为刚体, 轴承的轴向及径向视为弹性, 将分别组成轴向和径向弹簧-质量振动系统, 受激后系统就会振动。
防止措施:使用良好的润滑剂;减少径向和轴向间隙, 施加适当的预紧力。
4.2 轴承加工表面波纹引起的振动
由于制造误差, 在轴承的内外滚道或滚动体的表面存在峰值及较大的圆周方向波纹, 将引起轴承振动。保持架相对于轴承内、外圈转过一转时, 每个滚动体在内外圈滚道里的任一点上滚过一次, 内外圈滚道上的任一点要和滚动体接触z (滚动体数目) 次。
设轴承旋转圈的转速为fr, 保持架的转速为fc, 滚动体的转速为fs。若旋转套圈上有一个波峰, 波纹激起的振动频率为f=zfc。若固定套圈上有一个波峰, 波纹激起的振动频率为f=2fs。若滚动体上有一个波峰, 由于滚动体自身一转要分别与内、外圈接触一次, 激起的振动频率为f=2fs。
防止措施:提高轴承加工精度;提高轴颈和孔座的加工精度。
4.3 轴承使用不当引起的振动
1) 斑痕引起的振动。轴承内外圈滚道和滚动体的表面上各种斑痕、压痕、铁锈会引起轴承振动。若斑痕在滚道上, 振动是周期的、连续的, 若斑痕在滚动体上, 振动是周期的, 但时有时无。
2) 杂质引起的振动。如果轴承内部有杂质, 轴承会发生非周期振动。
防止措施:去掉润滑油中的杂质;改善轴承的清洗方式;改善轴承密封;使用高粘度润滑油。
5 电机和液压装置的振动
1) 电机振动。在机床的受迫振动中, 电机常常是一个重要的振源。造成电机振动的主要原因:转子不平衡, 电机轴承振动, 轴心不重合, 风扇不平衡, 电源电压不稳, 三相输入电压不平衡, 定子和转子之间气隙不均等。
2) 液压装置振动: (1) 油泵的振动。由于油泵的工作原理, 它排出的液流是脉动的, 脉动的液流将引起液压装置振动。 (2) 控制阀的振动。对于换向阀, 在启停油缸和液压机时, 如果换向速度过快, 会使回油路内的压力急剧上升而产生冲击, 引起振动。 (3) 管道、面板、底座。管道、面板、底座的刚度不足时受到激励后, 也将随之振动。
6 交变切削力引起的振动
1) 铣刀、滚刀因断续切削而产生的交变切削力, 将引起机床受迫振动。
2) 因工件表面不连续, 加工余量不均匀, 也会产生交变切削力引起机床受迫振动。
3) 切削不连续的黄铜、铝合金等脆性材料时, 也会产生交变切削力引起机床受迫振动。
防止措施:减小切削用量, 以减小交变切削力;增加铣刀齿数、采用不等齿距刀具, 避免共振;采用减振装置。
7 结语
金属切削机床受迫振动主要由旋转件不平衡离心惯性力、齿轮加工和装配误差、滚动轴承振动、电机和液压装置的振动、交变切削力等引起。采用减小偏心质量和偏心距, 提高齿轮的加工和装配精度, 尽量取较大的重合系数, 调整齿轮的各种振动频率, 防止“共振”, 提高刚度和阻尼的措施, 以及减少轴承径向间隙、使用良好的润滑剂、提高轴承加工精度、提高轴颈和孔座的加工精度、采用减振装置、减小切削用量等措施, 可降低机床受迫振动。
摘要：通过对引起机床受迫振动的主要振源如不平衡离心惯性力、齿轮振动、滚动轴承振动、电机和液压装置的振动等进行分析, 讨论了影响振幅的因素, 并提出了控制机床受迫振动的主要途径和措施。
关键词：机床,受迫振动,振源分析
参考文献
[1]于君波, 耿波, 王铁成.齿轮传动振动产生的原因及解决办法[C]//十三省区市机械工程学会第五届科技论坛论文集, 2009.
[2]刘勇.硅片甩干机之旋转架设计中受迫振动问题[J].四川有色金属, 2000 (3) :37-39.
[3]于恩明.机床传动系统虚拟样机仿真技术的研究[D].长春:长春理工大学, 2007.
