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现代制造技术基础理论(第八讲)

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现代制造技术教学讲座PPT

现代制造技术教学讲座PPT

FMS的分类
按系统的规模分类
观点 内容
布局分类 1. 直线型 机器人型 环形
典型的柔性制造系统示意图
1-自动仓库；2-装卸站；3-托盘站；4-检验机器人；5-自动小车；6-卧式加工中心； 7-立式加工中心；8-磨床；9-组装交付站；10-计算机控制室
FMS产生
背景条件
FMS的组成示意图
自动仓库
工厂计算机
中央计算机
物流控制计算机
运输小车
加工单元1
加工单元2
加工单元n
信 息 传 输 网 络
工夹具站
机械制造业的柔性制造系统的基本组成部分
该系统由自动化加工设备、检验站、清洗站、装配站等组成，是FMS的基础部分。可以任意顺序自动加工各种工件、自动换工件和刀具。
系统中的机床可以互相代替，工件可被送到适合加工它的任一台加工中心上。计算机的存储器存有每台机床的工作情况，可以对机床分配加工零件、一台加工中心可以完成部分或全部加工工序。
2.加工系统常用配置形式
2）.配备可互相替换机床的FMS
从系统的输出和输入看，它们是并联环节，因而增加了系统的可靠性，同时这种配置形式具有较大的柔性和较宽的工艺范围，可以达到较高的机床利用率。
1.FMS工件运储系统组成
2.FMS物料输送基本回路 直线输送回路 沿直线路线单向或双向移动，顺序地在各个连接点停靠； 环形输送回路 运载工具沿环形路线单向或双向移动； 网状输送回路 由多个回路相互交叉组成，可由一条环路移动到另一回路。
FMS的刀具运储系统
1.刀具运储系统的组成 刀具预调站: 设在FMS之外，按要求对刀具进行装配和调整； 刀具装卸站: 刀具进出FMS的门户，多为排架式框架结构； 刀库系统: 存放当前加工所需刀具的机床刀库，容量小；存放各加工单元共享刀具的中央刀库，容量大； 刀具运载交换装置: 负责刀具运输和交换，适时向加工单元提供所需刀具； 计算机控制管理系统: 控制刀具运输、存储和管理，监控管理刀具的使用，及时取走已报废或寿命已耗尽的刀具。

【现代汽车新技术(第3版)】第8章_汽车先进制造技术

【现代汽车新技术(第3版)】第8章_汽车先进制造技术

搅拌摩擦焊工艺
夹紧固定
搅拌指头深入焊缝
搅拌指头沿焊缝移 动
搅拌指头高速旋转 与工件摩擦产生热
量，使工件塑化
搅拌指头离开，尾 部塑性金属流在挤 压下重新结合形成
固相焊缝
搅拌摩擦焊主要优点有：
（1）焊接接头质量高。 ①焊接接头不易产生缺陷。
②焊接接头热影响区显微组织变化小。
③焊接工件不易变形。
（2）能一次完成较长、较大截面、不同位置的焊接。由于不是依靠两 焊接相对摩擦来进行焊接，根本上改变了传统的摩擦焊只能焊接简单 断面的局限性，扩大了应用范围。
第二节 铸造技术
1、铸造技术简介
铸造是通过将金属熔 炼至熔融状态，浇 注入预先制定好形 状的铸型模具中， 冷却凝固后获得具 有一定形状、尺寸 的金属制品的成型 方法。在汽车制造 工业中，铸造工艺 用于生产发动机、 离合器盖等部件。
第二节 铸造技术
2、静压造型技术
第二节 铸造技术
采用气流紧实后再采用压实紧实，可以在很大程度上弥补铸型 上部硬度不够的缺点，使铸型总体上达到一个较高的强度。这 样做的好处是使得铸型上部的砂量可以大量减少，使铸型质量 降低。
用于齿轮、后桥等 由于车身底板、齿轮、零件下料及修边等
氧乙烷焊
用于车身总成的补焊
钎焊
用于散热器、铜和钢件、硬质合金的焊接
搅拌摩擦焊在汽车制造中的应用
搅拌摩擦焊原理 由一个圆柱形的焊头伸
入工件的接缝处，通过焊头 的高速旋转，使其与焊接工 件材料摩擦，从而使连接部 位的材料温度升高软化，同 时对材料进行搅拌摩擦来完 成焊接
5、低压铸造
低压铸造是利用气 压或电磁力使金 属液沿管道进入 型腔中实现充型 的。在现今的汽 车铸造行业中经 常被用于生产铝、 镁合金薄壁铸件。 在充型过程中， 主要考虑的是气 体压力的大小与

现代制造技术基础理论(第八讲)

现代制造技术基础理论(第八讲)
现代制造技术基础理论
• • • •
负阻尼 k c c ， 令 m 2 m 2 运动方程为 2 0 x 0 x 0 x 上式的通解为
2 0 0
d 0 1
t x A 0 cos( d t )
2
• 负阻尼系统是不稳定的:原因
d
W p cA 0 c
2
3 4 4 0 A
p
0
即 W p c A2 0 cA2 0 c 3 0 A4 0
• 可得能量平衡时的稳定振幅
A
4
• 进一步分析 • 由负阻尼引起的不稳定（动态不稳定）

2

0
c c 3c
现代制造技术基础理论
0
x A sin(t )
(2)稳态响应的振幅A取决于激励的幅值B和频率比 s / 0

A 1 2 2 B (1 s ) 2 (2s)
(3)稳态响应的相位差θ取决于频率比s:
arctan
2s
2
1 s
现代制造技术基础理论
2.受迫振动 2 2 x 2 x x B • 方程 0 0 0 sin t (4)当激励频率为 1 2 时稳态响应的振幅A有极大值,称 为共振; (5)ξ=0, 时,系统作振幅随时间增大的发散振荡，即共 振的过渡过程.
现代制造技术基础理论
8.1单自由度线性振动系统
1.自由振动 2 2 0 x 0 x 0 x • 振动方程： (1)当 0时,系统作频率为 的简谐振动: (2)当
0 1 时,系统作衰减振荡:
t x A 0 sin( d t )

现代制造技术基础理论

现代制造技术基础理论
• 伴随着绝热剪切过程的发生，材料内形成了一些剪应变高度 集中的狭窄区域，即绝热剪切带(Adiabatic Shear Band, ASB ，又称集中剪切滑移带)。ASB是一种高应变率加载下材料变 形或断裂的特殊产物，它的出现表明了材料承载能力的下降 或丧失。
现代制造技术基础理论
锯齿状切屑的形成机理
5 高速切削的关键技术
• 高速切削机理 • 高速切削刀具技术 • 高速切削机床技术 • 高速切削工艺技术 • 高速切削的测试技
术
现代制造技术基础理论
二、高速切削加工的变形
1. 高速切削加工切屑的形成
• 切削时通常形成带状切屑、锯齿状切屑、单元切屑和崩碎切 屑。
现代制造技术基础理论
影响切屑形态的因素
萨洛蒙 曲线
现代制造技术基础理论
Salomon曲线
现代制造技术基础理论
2 高速切削的发展 美国于1960年前后开始进行超高速切削实验 在超高速切削条件下,切屑的形成和普通切削不同 随切削速度的提高,塑性材料的切屑从带状、片状到碎 屑不断演变 单位切削力初期呈上升趋势，尔后急剧下降
在超高速切削条件下，材料的切削机理将发 生变化，切削过程变的比常规切削容易和轻松
• 有些学者认为锯齿形切屑是由于切削层自由 表面的裂纹扩展导致的几何失稳进而导致热 塑性失稳，并非是由于热塑性失稳的原因导 致锯齿形切屑的形成，同时认为锯齿形切屑 中的绝热剪切带只是果而非因。
现代制造技术基础理论
周期脆性断裂理论
• M. C. Shaw和A.Vyas最早提出周期性断裂理论。 • 认为锯齿形切屑的形成是由从切屑自由表面向切削刃扩展一
现代制造技术基础理论
径向吃刀量和切削力的关系
现代制造技术基础理论

《现代制造技术》PPT课件

《现代制造技术》PPT课件
10
1.1.4 我国制造业面临的机遇和挑战
我国制造业与世界发达国家的差距 （1)总体规模仍然偏小，仅为美国的1/5、日本的1/4。 （2)制造业的人均劳动生产率低，仅为美国的1/25、日本
的1/26、德国的1/20。 （3)产业结构不合理，产品低端、利润微薄。表现在：
1）我国装备制造业占整个制造业的比重不到30％，比发达 国家的平均水平低５％以上，远低于美国的41.9％、日 本的43.6％、德国的46.4％。
6
1.1.2 制造业发展的教训
瑞士依靠什么使人均产值居世界第一？ ➢瑞士是一个仅700万人口的小国，但瑞士的制造业十分发达， 瑞士的精密机械产品的出口量是我国的8倍，瑞士的手表世界第 一，连小小的军刀，也风靡全世界。 ➢瑞士的年人均国民生产总值达到4.3万美元以上,居世界第一。
7
1.1.3 制造业在国民经济中的地位
8
1.2.3 制造业在国民经济中的地位
◆ 下图显示了当今制造业的社会功能。
冶金机械
动力机械
纺织机械
建筑机械
家用电器
交通工具 环保设备
制造业
通讯设备 出版印刷
军事装备
网络媒体
医疗设备
文化娱乐机器制造Biblioteka 农业机械 化工设备9
1.1.4 我国制造业面临的机遇和挑战
我国制造业的现状
改革开放以来中国制造业发展迅速，成绩瞩目： （1）引进国外先进技术5000多项。近几年发展的新产品，50%达到或接
5
1.1.2 制造业发展的教训
东南亚经济危机的启示 ➢1998年爆发的东南亚经济危机，从另一个侧面反映了一个国 家发展制造业的重要。一个国家，如果把经济的基础放在股 票、旅游、金融、房地产、服务业上，而无自己的制造业， 这个国家的经济就容易形成泡沫经济，一有风吹草动就会产 生经济危机。 ➢新加坡、台湾都有自己的制造业，因此受经济危机的影响小 一些。

现代制造技术及其发展课件

现代制造技术及其发展课件

现代制造技术的分类
计算机辅助设计（CAD）
计算机辅助制造（CAM）
利用计算机软件进行产品设计， 实现产品的数字化建模和可视 化。
利用计算机软件进行生产过程 设计，实现生产过程的数字化 和自动化。
计算机辅助工程（CAE）
计算机辅助工艺编制（ CAPP）
利用计算机软件进行工程分析， 实现产品性能的仿真和优化。
FMS技术的组成与特点
FMS技术的组成
FMS技术主要由加工设备、运输设备、仓储设备、检测设备等组成，同时还需要 相应的计算机控制系统和信息网络技术支持。
FMS技术的特点
FMS技术具有高柔性、高效率、高精度、高可靠性等特点。它可以根据市场需求 快速调整生产计划，适应多品种、小批量的生产需求。同时，FMS技术还可以实 现加工过程的自动化和智能化，减少人工干预，提高产品质量和生产效率。
柔性制造技 术
FMS技术的概念
• 柔性制造技术（Flexible Manufacturing System，简称FMS） 是一种先进的制造技术，其核心是制造过程的数字化、智能化 和敏捷化。它通过计算机信息网络技术，将生产过程的各种要 素（包括加工设备、运输设备、仓储设备、检测设备等）进行 动态的、实时的、优化的配置，实现高效率、高精度、高可靠 性的生产。
02
劳动力短缺
03
国际竞争压力
由于人口老龄化和劳动力成本的上升， 制造业面临着劳动力短缺的问题，需 要推广自动化和智能化技术，减少对 劳动力的依赖。
国际制造业竞争激烈，需要加强技术 创新和品牌建设，提升产品质量和附 加值。
国际合作与竞争格局
国际合作
国际制造业合作可以促进技术创新和产 业升级，推动全球制造业的发展。
利用计算机软件进行工艺设计， 实现工艺过程的数字化和自动 化。

现代制造技术ppt课件


设计一个能集中反映 该组零件全部特征和 工艺特征的综合零件
在零件分组的基础上, 比较同组各零件的工 艺路线,从中选中一 个工序较多,合理安 排并具有代表性的工 艺路线
5
五、成组生产组织形式
1、成组单机
单机完成一 组零件生产
2、成组生产单元
一组或多组零件由 相应的机床生产
3、成组生产流水线
零件按工艺由相应 的机床按一定的节 拍生产
精选编辑ppt
2
二、 零件的分类编码系统
➢零件编码就是用数字表示零件的形状特征，代表零件特征
的每一个数字码称为特征码。
➢迄今为止，世界上已有70多种分类编码系统。
➢应用最广的是奥匹兹（Opitz）分类编码系统。
➢我国机械工业行业于1984年制订了“机械零件编码系统
（简称JLBM-1系统）”。
➢该系统由名称类别、形状及加工码、辅助码三部分共15个
1、几何造型功能 2、有限元分析和优化设计功能
1、线框造型 2、曲面造型 3、实体造型 4ppt
8
二、计算机辅助工艺规程设计（CAPP）
计算机辅助工艺规程设计方法
1、派生式 2、创成式 3、半创成式
派生式计算机辅助工艺规程设计原理
1、工艺信息数字化 2、CAPP数据库
简单地说，CIM是用计算机通过信息集成实现
•特征矩阵文件 •综合工艺路线 •工序、工步文
件 •工艺数据文件
精选编辑ppt
1、零件编码矩阵化 2、零件组特征的矩阵化 3、主样件设计 4、零件上各种形面的数字化 5、工序工步名称编码 6、综合加工工艺路线的数字化 7、工序工步内容矩阵
9
三、计算机辅助制造（CAM）
从广义的角度讲，CAM指利用计算机辅助从毛坯 到产品制造过程中的直接和间接的活动，包括计算 机辅助生产计划、计算机辅助工艺设计、计算机数 控编程、计算机控制加工过程等内容。

《现代制造技术》复习提纲及大概内容

第1章绪论1.制造及制造技术的概念。

P1制造是制造企业中所涉及产品设计, 物料选择, 生产计划, 生产.质量保证, 经营管理市场销售和服务等一系列相关活动和工作的总称制造技术是与制造业和制造系统相关的一系列技术的总和。

2.现代制造技术5大技术群。

P4①系统总体技术群②设计制造一体化技术群③制造工艺与装备技术群④管理技术群⑤支撑技术群①现代制造技术的分类: 5大类型。

P5②现代设计技术③现代加工技术④自动化技术⑤制造管理技术⑥先进制造技术4.现代制造技术的特点及发展趋势。

P6①特点: 研究范围更加广泛, 制造过程呈多学科, 多技术交叉及系统优化集成的发展态势, 先进的加工工艺与技术, 单一目标转变成多元目标, 强调优化系统TQCSE等要素, 以满足市场竞争要求, 向着以信息流, 物质流及能源流为要素的现代制造观转变, 提高先进的管理技术②趋势: 现代设计技术不断现代化③现代加工技术不断发展④柔性化程度不断提高⑤集成化成为现代制造系统的重要特征⑥现代制造管理模式发生重大变化⑦绿色制造成为未来制造业的必然选择⑧基于泛在信息的智能制造前景广阔第2章现代设计技术1.现代设计技术的概念。

P102.现代设计技术是根据产品功能要求市场竞争要素如质量, 成本, 服务, 环保等方面的要求, 综合运用现代科学技术, 通过设计开发人员科学, 规范以及创造性的工作, 产生载有相应的文字数据, 图形等信息的技术文件, 制定用于产品制造的设计方案。

3.现代设计技术的方法。

P11①优化设计方法②有限分析方法③计算机辅助设计④面向产品全生命周期的设计⑤网络化异地设计⑥反求工程⑦绿色设计3.CAD的含义与功能。

P12-13含义: 在设计过程中, 利用计算机及其外围设备作为工具, 帮助工程技术人员进行工程和产品设计的一切实用技术的总和称为计算机辅助设计CAD功能：①工程与产品设计②仿真模拟③事物管理1)采用CAD技术可以帮助设计人员完成哪6个方面工作？P132)信息管理3)智能CAD4)计算机图形显示与几何造型5)分析计算6)自动绘图7)工程数据管理5.根据基本构型的复杂程度不同, 可将几何模型分为: 线框模型、曲面模型、实体模型、特征模型、参数模型。

第8章 现代制造技术 机械制造工艺学 教学课件


四、先进制造技术的分类
1. 现代设计技术
（1）设计方法现代化 产品动态分析和设计 产品可靠性 可维护性及安全设计 产品优化设计 快速响应设计 创新设计 智能设计 仿真与虚拟设计 价值工程设计 模块化设计
（2）设计手段计算机化 有限元法 优化设计 计算机辅助设计 反求工程技术 CAD/CAM一体化技术 工程数据库
电、化学、光、声、热等)去除金属材料。 (2)属于非接触加工。不一定需要工具，有的虽需要
工具，但与工件不接触。加工过程中工具和工件之间 不存在显著的机械切削力，故加工的难易与工件硬度 无关。
(3)属微细加工,工件表面质量高 (4)不存在加工中的机械应变或大面积的热应变,可 获得较小的表面粗糙度.
2、电火花加工原理
精密化 柔性化 网络化 虚拟化 智能化
传统制造技术、信息技术、计算机技术、自 动化技术、先进的管理科学等。 2.先进制造技术的动态发展过程
不断地吸收各种高新技术逐渐形成，不同时
清洁化 集成化 全球化
期、不同区域有各自的重点和内容。 3.信息技术对先进制造技术的发展作用越来越重 要。现代集成制造系统（CIMS）、虚拟企业、虚
第八章 先进制造技术
主要内容： ❖ 现代制造工艺技术
❖ 自动化加工技术 ❖ 先进制造生产模式
信息密集型：实现了人与机器之间的信息交流，机器设 备可通过获取的信息，快速、准确地实现加工和装配要 求，生产的适应性（柔性）强。制造主体技术是以数控 机床、加工中心为代表的数控加工技术。
知识密集型：制造系统不但能与人进行交流，而且还要 求在获得较少信息的情况下自动完成要求，用于制造过 程的主体技术是柔性制造系统和计算机集成制造系统。
（1）电火花加工的物理本质
电火花加工基于电火花腐蚀原理，把工件与工具 分别作为两极，在工具电极与工件电极相互靠近时，两 极之间形成脉冲性火花放电，在电火花通道中产生瞬时 高温，使金属局部熔化，甚至气化，从而将金属蚀除下 来。

周科荣：现代制造技术讲义

F36-涂南-现代制造技术第一讲制造系统入门（上）第二讲制造系统入门（下）第三讲制造系统的设计（上）第四讲制造系统的设计（中）第五讲制造系统的设计（下）第六讲制造系统的控制第一讲制造系统入门（上）我国制造业的总产值仅次于美国、日本、德国，居世界第4位，制造业总产值在国内生产总值中所占的比重一直维持在40%以上，中国财政收入的一半来自于制造业，制造业吸收了将近一半的城市就业人口，农村剩余劳动力转移也有将近一半流入了制造业，中国制造业总体规模仅相当于美国的1/5，劳动生产率只有美国的1/23，日本的1/25，德国的1/18。

制造系统设计和控制课程主要介绍制造系统的设计与控制原理，将工程学与管理学综合起来确定制造业的效率、费用、质量和柔性，内容包括工厂物理、质量、为制造而进行的系统设计和操作，除了基础知识以外，还着重讲解现代制造系统的发展方向，包括并行工程、敏捷制造、精益制造等几个方向。

制造的定义人们通常所说的制造业就是普遍意义上理解的工厂，但是工厂不仅仅是一个单一的单元，而是一个系统，要把整个的工厂理解为一个系统，就要包括人造和天然因素。

科技发展到今天，很多的系统都是来源于人造的系统，包括高速公路的系统等等，系统的优化和设计也是很多数学家所研究的主要方面，那么，制造系统到底是一个什么概念呢？什么是制造系统制造的定义就是：制造是把原料和信息转化为各种物品以满足人类需求的过程。

在这个定义上可以看到，制造业不仅仅要转化原料，还要把很多信息转化为大家需要的物品，特别是从20世纪90年代初网络高速发展以来，信息在制造业中的作用越来越重要。

如今世界各地，无论是在生产、销售还是市场中，都把信息当作基本建设的模块，从广义上来讲，很多系统都可以作为一个制造系统的原型。

【案例】大学广义上的制造系统非常多，比如可以把一所大学看作是一个制造系统，在一位学生整个4年的学习过程中，对于学校来说，其实是一个生产和制造人才的过程，学生进入学校后，就相当于一个没有加工的原始材料，在4年的学习中，通过老师的讲解、课堂的学习和课外的作业等一些方法的学习，最后成为一个合格的人才。

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• 即 mx (c c)x kx 0 • 系统的阻尼由两部分组成
（1）振动系统本身的阻尼，正阻尼 （2）速度反馈而形成的等效阻尼，可正可负
现代制造技术基础理论
• 负阻尼
• 令 2 k ， c c
0 m
2m
0
• 运动方程为 x 2 x 2 x 0
00Biblioteka • 上式的通解为x A0t cos( t ) d
d s2
(ds)2
dF
F (s0
ds)
F
(s0)
k
s
ds
k
s
(ds)2
•
由于
F
(s0
ds)是ds的增函数,故有k
0
s
,因此
dF
ks
3Z 2l
dx
现代制造技术基础理论
位移反馈引起的等效刚度计算
•
等效刚度
k dF dx
k
s
3Z 2l
• 系统的总刚度
k
k
l3
3EI
ks
3Z 2l
• “扎刀”现象的条件
• 其特征方程 s2 2ps p2 0
• 特征根
s1 ( 1
2
)p
s2
• 方程的通解为
A e A e x(t)
st 1
st 2
1
2
• 由负刚度引起的失稳称静态不稳定
现代制造技术基础理论
静态不稳定实例
• 切削过程 • 扎刀现象 • 振动位移反馈机制
现代制造技术基础理论
位移反馈引起的等效刚度计算
力的主要成分，一般认为这一摩擦力与后刀面和工件之间的
接触面积成正比，而该接触面积又正比于刀具后刀而磨损棱 带的平均宽度VB，于是可将主切削力写为
F c (V
)
VB
p (v) c
p c
(v)
是单位磨损宽度所对应的主切削力,可得
c
VB
dp c
(v)
/
dv
VB
c0
稳定与不稳定之间的临界情况
c c c VBc0 0
4
•
p
0
要达到能量平衡
40
W d W p 0
即 W p cA20 cA20 c
• 可得能量平衡时的稳定振幅
3
4
0
A4
0
A 2 c c
3c 0
• 进一步分析
• 由负阻尼引起的不稳定（动态不稳定）
现代制造技术基础理论
4.颤振的阈限
• 切削力的下降特性所激起的颤振主要在精密切削条件下发
生。这时刀具后刀面与工件切削表面之间的摩擦力成为主切削
常数项，得
F(x) kx
• 运动方程成为
k dF0
dx
mx cx (k k)x 0
• 系统的刚度变化
• 系统的固有频率
• 负刚度
2 k k 2 k
nm
0m
现代制造技术基础理论
• 稳定性（单摆）
• 负刚度的讨论
p k k i
m
n
c
•
2 (k k)m
运动方程成为
x 2px p2 x 0
3.保守系统的自由振动
• 保守系统的动力学方程: x f (x) 0
• 相轨迹微分方程: dy f (x)
dx
y
• 此方程分离变量积分,得到相轨迹方程:
1 y2 V (x) E
2
x
V (x) 0 f (x)dx
• 保守系统的相轨迹的特点
y 2[E V (x)
(1)相轨迹曲线相对横坐标对称
• 将F x(t-T)线性化
mx(t) cx(t) kx(t) px(t T )
• 时延系统的稳定性：可稳定也可不稳定 • 分析可稳定和不稳定之间的中间状态：产生等幅振动的可能
性
现代制造技术基础理论
• •
设 因此
x(t) a0 cost
x(t) a0sint
x(t T) a0 cos(t T) a0 cos(t )
第二部分 加工质量分析
主要内容:
▪ 数控加工过程的几何精度分析 ▪ 数控加工过程的热误差分析 ▪ 切削过程再生颤振的线性理论分析 ▪ 切削过程再生颤振的线性理论分析
现代制造技术基础理论
第八讲：机床颤振的基本理论
主要内容 机床颤振基础理论知识
单自由度线性振动系统 非线性振动的定性分析
速度反馈引起的切削颤振； 位移延时反馈引起的切削颤振； 模态耦合引起的切削颤振
现代制造技术基础理论
5.自激振动的特征
• 振动过程中，存在能量的输入与耗散，因此为非保守系统； • 能源恒定，能量的输入仅受运动状态，既振动的位移和速度
的调节，因此自振系统不显含时间变量，为自治系统； • 振动的特征量如频率和振幅，由系统的物理参数确定，与初
始条件无关； • 自振系统必为非线性系统； • 自激振动的稳定性取决于能量的输入与耗散的相互关系，若
• 每过一个周期，振幅减小
e
2
2 1
（3）当 1时,系统作衰减的非周期振动
（4）当 0时为负阻尼,系统作发散振荡
现代制造技术基础理论
2.受迫振动
• 方程
x 2
x 2 x B 2 sint
0
0
0
(1)当 0 时稳态响应是与激励频率ω相同的简谐振动
x Asin(t )
(2)稳态响应的振幅A取决于激励的幅值B和频率比s /0
2
1
d
0
• 负阻尼系统是不稳定的:原因
现代制造技术基础理论
3.自激振动的能量机制 • 切削过程的能量机制
当机床工作在切削力的下降特性 区域时，切削力将对振动系统 做净的正功，即对振动系统输 入能量；
而当机床工作在切削力的上升特 性区域时，切削力对振动系统 做净的负功，即振动系统的能 量被切削过程耗散掉。
dy f (x, y)
dx
y
• 给定系统的作用力,即函数f(x,y)确定后，上式确定相平面
内各点的向量场，构成相轨迹族。
现代制造技术基础理论
• 奇点：相平面内使相轨迹的一阶微分方程右边分子分母同 时为零的点。
• 奇点表明系统的速度和加速度均为零，即系统的平衡状态 ，也将奇点称为系统的平衡点；
• 奇点可以是稳定的也可以是不稳定的。
• 对能量机制的说明
现代制造技术基础理论
3.自激振动的能量机制
• 切削过程的能量的估算
x A0t cos( t ) d
当ξ比较小时
A0t 1， d
0 上式成为
x Acos( t) 0
F c (V ) cx
切削力在一个振动周期做的功
W F A A p
(V )dx c 2 2 sin2 ( t)d ( t) c
c
00
0
0
2 0
• 对能量机制的重新说明
• 机床结构的内阻所耗散的能量 W d cA20
• 总能量: W d W p
现代制造技术基础理论
4. 能量平衡与振幅稳定性
• 总能量: W p 和W d 的关系
• 取切削力的高次项(三项)再求切削力在一个振动周期所做 的功
W A A c 2 c 3
• 这类型的奇点是不稳定的，称为鞍点， 对应系统的不稳定平衡状态
• 通过鞍点的相轨迹称为分隔线。 （6）在势能曲线的拐点x=S3处，相轨迹
在x<S3的左半边具有中心性质，在x>S3 的右半边具有鞍点性质,相轨迹不封闭。 这种奇点为退化的鞍点，对应不稳定的平 衡状态
现代制造技术基础理论
4.极限环: 自激振动 • 相平面(相空间) • 轨线 • 相图
a a cos cost sin sint
•
引入记号
c
0
os
(a0
c
ost
)
1
0
sin
(
a0 sin t)
k p cos
c p sin
• 可得 px(t T ) kx(t) cx(t)
• 运动方程为：mx(t) (c c)x(t) (k k)x(t) 0
•
刀杆刚度
dF 3EI
k dx
l3
• 由dF引起的挠度和转角
f l3 dF
l2 dF
3EI
2EI
• 设刀刃到刀杆中性面之间的距离为Z
• 根据几何关系有:
ds (3Z / 2l)dx
• 将切削力与切削厚度之间的函数关系展开
•
F
(s0
ds)
F
(s0)
dF (s0)
ds
切削力的增量
s
1 2
d
2 F(s0)
• 名义切削速度: • 理想情况下:V、F c、弹簧的
压缩量保持不变，切削过程 平稳进行，切削系统处于平 衡点； • 平衡状态的稳定性取决于系 统工作点的位置： A点不稳定；B点稳定 • 系统的运动方程
mx cx kx Fc (V0 x)
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2.速度反馈所形成的负阻尼
• 将 Fc (V 0 x)在V 0 附近展开,得
振幅偏离稳态值时，能量的增减能使振幅回到稳态值，则自 激振动稳定，反之不稳定。
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自激振动的能量特性
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自激振动的例子
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8.2：速度反馈引起的切削颤振
• 激振力: F F(x)
• 速度反馈系统 • 组成
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1.切削过程中的速度反馈机制
振的过渡过程.
1
x B t cos t
2
0
0
(6)系统在若干激励同时作用下的响应，等于它们单独作用时