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作者：盐城工学院机械工程系 祝小军
用 砂轮进行磨削加工是制造机械零件的常用方法，也是比较复杂的受力过程和振动过程。振动是磨削加工过程中不可避免和十分有害的现象，它能够降低工件的精度和 表面质量，严重情况下可导致砂轮的破裂和加工系统的破坏，所以减轻和防止振动是提高磨削质量的重要措施，振动产生的主要原因是：
1）磨削加工零件时，砂轮工作表面上的每颗磨粒相当一把具有负前角的微型刀刃，但由于每颗磨粒的形状不规则，导致磨削力的变化；
2）砂轮的偏心、不平衡、高速旋转和系统的弹性变形引起砂轮和加工系统的振动；
3）磨削加工系统内部振动(如动力部分的振动、传动部分的振动、支承部分的振动)和外部振动(外部振动源传给磨削加工系统引起的振动)；
4）被磨削件的振动。
1 振动分析
砂轮的不平衡是引起强迫振动的主要原因，也是比较容易检测的，故下面主要分析砂轮的不平衡引起强迫振动。如图1，设被加工件(零件)刚度非常大，显然砂轮在被磨削表面法向(x轴向)上的振动对工件的精度和表面质量影响最大，故主要研究x轴向的振动。
图1 磨削振动模型
图2 砂轮的不平衡
如图2，砂轮由于不对称而产生不平衡，设不平衡部分集中于一点，其质量为m, m的旋转半径为r，则产生离心力为
F0=mrω2=mr(2πn/60)2 (1)
式中：ω为砂轮的角速度(rad/s) ; n为砂轮的转速(r/min)。
心力F在x轴上的投影为Fx=sin(ωt+β)，β为初相位角。设系统静刚度为K，振动系统的运动方程为
(2)
方程解得
式中：wn为系统固有频率，wn=(K/m)½，a=C/(2m)，C为阻尼系数；wd=(w2-a2)½；阻尼比z=a/wn；频率比l=w/wn；q=arctan 2xl/(1-l2) ；v0为质点m初速度；x0为质点m初始位置在X轴上的投影。
静变形d= F0 = F0
k mw2
(4)
稳态振动响应H= d
[(1-l2)2+(2xl)2]½
(5)
稳态振动响应H表明了磨削系统固有的振动特性，降低稳态振动响应，是减轻振动的十分有效措施。
2 振动的防治措施
1）提高磨削系统的动态特性
a. 提高磨削系统的刚度
由 式(4)、式(5)可知，提高磨削系统的刚度K , 可显著降低稳态振动响应H。由于受空间位置和几何尺寸的限制，内圆磨床接杆一般是细而长(如图3) ，降低了接杆的刚度，是引起振动的主要原因。在M2110A 内圆磨床上磨削一零件内孔，零件是淬火钢，孔径是50.4Omm ，选用内外径分别是6mm 、30mm陶瓷结合剂平行砂轮，砂轮转速14,400r/min , 工件转速20Or/min ，图4表明了内圆磨床接杆悬伸长度L与砂轮稳态振动响应H之间的关系，显然，L愈大，磨削系统的刚度K愈小，砂轮稳态振动响应H愈大。
图3 内圆磨削接杆图
图4 接杆悬伸长度L与砂轮稳态振动响应H之间的关系
b. 增加磨削系统的阻尼和避开共振区
由式(5)可知，提高磨削系统的阻尼，可显著降低稳态振动响应H 。磨床上大部分阻尼产生于导轨面和连接面，在其导轨面上建立油膜，主轴采用滑动轴承支承，可显著提高磨削系统的阻尼。
当振动频率ω接近系统固有频率ω0时，λ≈1 , 系统发生共振，砂轮振幅剧增，应尽量避免。
2) 采用减振装置
在M1040 无心磨床上磨削直径为20mm 圆柱滚子零件时，其表面产生棱形波纹，经测试发现当振动频率为160～18OHz 时，磨头振幅最大，发生共振现象。对磨头进行激振试验时发现，系统固有频率为17lHz ，为降低系统固有频率，在无心磨床砂轮主轴外端安装阻尼减振器(如图5) ，减振器的外壳与砂轮主轴刚性连接，附加质量滑套在减振器的轴上，外壳与附加质量之间充满具有一定阻尼的液压油。装上减振器后，经测试，发现系统固有频率 降为105Hz ，系统稳定性显著改善，零件质量也大为改善(如图6)。
图5 砂轮上装减振器
图6 装减振器前后的幅频特性曲线
3) 及时清理砂轮磨削表面
某厂在磨削一台阶长轴时，开始时磨削效果较好，一段时间后产生较强振动现象，经仔细检查，发现砂轮表面阻塞，用金刚笔修整后，振动明显减轻(如图7)。
图7 对砂轮进行修整前后的振幅
总之，振动是磨削加工中常见现象，也是一个复杂的物理过程，它严重影响了零件质量。特别是随着技术的发展，磨削加工朝高速高质量方向发展，磨削加工中防振更显重要。
BW 碧威股份有限公司针对客户端改善切削方式、提供专业切削CNC数控刀具专业能力、制造客户需求如：Cutting tool、切削刀具、HSS Cutting tool manufacturer、Carbide end mills manufacturer、Carbide cutting tool manufacturer、NAS Cutting tool manufacturer、Carbide end mill、Aerospace cutting tool、Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、Core drill manufacturer、钨钢铣刀、航太刀具、钨钢钻头、高速刚、铰刀、中心钻头、Taperd end mills、斜度铣.Metric end mills manufacturer、公制铣刀、Miniature end mills manufacturer、微小径铣刀、钨钢切削刀具、Pilot reamer、领先铰刀、Electronics cutter、电子用切削刀具、Step drill、阶梯钻头、Metal cutting saw、金属圆锯片、Double margin drill、领先阶梯钻头、Gun barrel、Angle milling cutter、角度铣刀、Carbide burrs、滚磨刀、Carbide tipped cutter、焊刃刀具、Chamfering tool、倒角铣刀、IC card engraving cutter、IC芯片卡刀、Side cutter、侧铣刀、NAS tool、DIN tool、德国规范切削刀具、Special tool、特殊刀具、Metal slitting saws、Shell end mills、滚筒铣刀、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、交叉齿侧铣刀、Long end mills、长刃铣刀、Stub roughing end mills、粗齿铣刀、Dovetail milling cutters、鸠尾刀具、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、钨钢圆鼻铣刀、Angeled carbide end mills、角度钨钢铣刀、Carbide torus cutters、短刃平铣刀、Carbide ball-noseed slot drills、钨钢球头铣刀、Mould cutter、模具用刀具、BW微型涡流管枪、Tool manufacturer、刀具制造商等相关切削刀具、以服务客户改善工厂加工条件、增加竞争力。欢迎寻购～～～碧威股份有限公司www.tool- tool.com
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用 砂轮进行磨削加工是制造机械零件的常用方法，也是比较复杂的受力过程和振动过程。振动是磨削加工过程中不可避免和十分有害的现象，它能够降低工件的精度和 表面质量，严重情况下可导致砂轮的破裂和加工系统的破坏，所以减轻和防止振动是提高磨削质量的重要措施，振动产生的主要原因是：
1）磨削加工零件时，砂轮工作表面上的每颗磨粒相当一把具有负前角的微型刀刃，但由于每颗磨粒的形状不规则，导致磨削力的变化；
2）砂轮的偏心、不平衡、高速旋转和系统的弹性变形引起砂轮和加工系统的振动；
3）磨削加工系统内部振动(如动力部分的振动、传动部分的振动、支承部分的振动)和外部振动(外部振动源传给磨削加工系统引起的振动)；
4）被磨削件的振动。
1 振动分析
砂轮的不平衡是引起强迫振动的主要原因，也是比较容易检测的，故下面主要分析砂轮的不平衡引起强迫振动。如图1，设被加工件(零件)刚度非常大，显然砂轮在被磨削表面法向(x轴向)上的振动对工件的精度和表面质量影响最大，故主要研究x轴向的振动。
图1 磨削振动模型
图2 砂轮的不平衡
如图2，砂轮由于不对称而产生不平衡，设不平衡部分集中于一点，其质量为m, m的旋转半径为r，则产生离心力为
F0=mrω2=mr(2πn/60)2 (1)
式中：ω为砂轮的角速度(rad/s) ; n为砂轮的转速(r/min)。
心力F在x轴上的投影为Fx=sin(ωt+β)，β为初相位角。设系统静刚度为K，振动系统的运动方程为
(2)
方程解得
式中：wn为系统固有频率，wn=(K/m)½，a=C/(2m)，C为阻尼系数；wd=(w2-a2)½；阻尼比z=a/wn；频率比l=w/wn；q=arctan 2xl/(1-l2) ；v0为质点m初速度；x0为质点m初始位置在X轴上的投影。
静变形d= F0 = F0
k mw2
(4)
稳态振动响应H= d
[(1-l2)2+(2xl)2]½
(5)
稳态振动响应H表明了磨削系统固有的振动特性，降低稳态振动响应，是减轻振动的十分有效措施。
2 振动的防治措施
1）提高磨削系统的动态特性
a. 提高磨削系统的刚度
由 式(4)、式(5)可知，提高磨削系统的刚度K , 可显著降低稳态振动响应H。由于受空间位置和几何尺寸的限制，内圆磨床接杆一般是细而长(如图3) ，降低了接杆的刚度，是引起振动的主要原因。在M2110A 内圆磨床上磨削一零件内孔，零件是淬火钢，孔径是50.4Omm ，选用内外径分别是6mm 、30mm陶瓷结合剂平行砂轮，砂轮转速14,400r/min , 工件转速20Or/min ，图4表明了内圆磨床接杆悬伸长度L与砂轮稳态振动响应H之间的关系，显然，L愈大，磨削系统的刚度K愈小，砂轮稳态振动响应H愈大。
图3 内圆磨削接杆图
图4 接杆悬伸长度L与砂轮稳态振动响应H之间的关系
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图5 砂轮上装减振器
图6 装减振器前后的幅频特性曲线
3) 及时清理砂轮磨削表面
某厂在磨削一台阶长轴时，开始时磨削效果较好，一段时间后产生较强振动现象，经仔细检查，发现砂轮表面阻塞，用金刚笔修整后，振动明显减轻(如图7)。
图7 对砂轮进行修整前后的振幅
总之，振动是磨削加工中常见现象，也是一个复杂的物理过程，它严重影响了零件质量。特别是随着技术的发展，磨削加工朝高速高质量方向发展，磨削加工中防振更显重要。
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