图4-22 能量与振幅的关系 图4-23 磨削时重叠切削示意图 2．自激振动的产生机理
对于自激振动的产生机理，许多学者曾提出过许多不同的学说，目前较为公认的有再生自激原理和振型耦合原理两种学说。
（1）再生自激振动原理
切削和磨削加工过程中，时常出现后一次进给与前一次进给的切削区发生部分重叠，如图4-23所示。如果切削过程中受到一个偶然的瞬时扰动，刀具与工件便发生相对振动（自由振动），振动的幅值将因阻尼存在而逐渐衰减，但这种振动会在工件表面上留下一段振纹，如图4-24b所示。当工件转过一转后，刀具将要在留有振纹的表面上进行重复切削（图4-24c），此时切削厚度将发生波动，因而会产生动态的交变切削力，如果机床工艺系统满足产生自激振动的条件，那么将会进一步发展到图4-24d那样持续的颤振状态，通常将这种由振纹和动态切削力的相互影响作用称为振纹的再生效应，而把由振纹的再生效应导致的自己振动，称为再生性颤振。
a） b）
c） d）
图4-24 再生型颤振的产生过程
（2）振型耦合原理
在一些切削加工（如螺纹车削）中， 如图4-25所示，切削表面完全未产生重叠， 不存在再生颤振的条件，但在实际加工中， 当背吃刀量增加到一定程度时，切削过程 仍会发生切削颤振。实验表明，此种情况
图4-25 车方牙螺纹外圆表面
下产生的颤振，刀尖和工件相对运动的轨迹是一个形状和位置都十分不稳定的、封闭的近似椭圆。这时，刀具作真如运动时，切削厚度较薄，切削力较小；而在刀具作振出运动时，切削厚度较大，切削力较大。于是振出时切削力所做的正功就大于振入时切削力所做的负功，系统就有能量输入，振动过程得以维持。这种由于振动系统在各主振模态间相互耦合、相互关联而产生的自激振动，称为振型耦合型颤振。
四．控制机械加工中振动的措施
抑制振动的途径主要有：消除或减弱产生振动的条件；改善工艺系统的动态特性，采取隔振措施；采用各种消振减振装置等。
1．消除或减弱产生强迫振动的条件
查明并消除（或隔离）外界周期性干扰力，是消除强迫振动的积极方法，提高工艺系统刚度，增加阻尼，也可起到减振效果。
（1）减小或消除周期性干扰力，例如平衡好电机转子、砂轮、高速车床的卡盘等；断续切削时增加刀具同时工作的次数，或降低切削用量；磨削时恰当选择砂轮的粒度和组织，以消除砂轮因堵塞引起的振动。
尽量减小传动机构的缺陷，设法提高带传动、链传动、齿轮传动及其他传动装置的稳定性。 对于高精度机床，尽量少用或不用齿轮、平带等可能成为振源的传动元件，并使振动源（尤其是液压系统）与机床本体分离，放在分开的两个地基基础之上。
对于往复运动部件，应采用较平稳的换向机构。在条件允许的情况下，适当降低换向速度及减小往复运动部件的质量，以减小惯性力。
（2）适当调整振源的频率 在选择转速时，使可能引起强迫振动的振源频率远离机床加工系统薄弱环节的固有频率即可。例如变动铁床转速和刀齿数；采用不同齿距的铁刀或从镶片铣刀中取出若干刀齿等，往往可以改变振动频率，使其不出现共振。
（3）提高机床系统的刚度和阻尼。例如调整轴承间隙和零部件之间的间隙以提高刚度；加强机床与地基的联结以提高刚度。
（4）采取隔振措施。隔振就是在振动传播途中介入具有弹性的装置，使振源产生的大部分振动被隔振装置吸收，例如，对外部振源，可用橡皮垫或在机床基础四周挖防振沟阻止振源传入；或将有振源的设备隔离，防止振源外传。对于内部振源，也可采取隔离的办法，如将外圆磨床上的电机通过隔振衬垫与机床弹性联接。
2．消除或减弱产生自激振动的条件 （1）合理选择切削用量
在任何情况下都应避免宽而薄的切削，车削时，切削速度v＝30～70m/min的范围时，易产生振幅，采用较低或较高的切削速度可以避免自激振动。图4-26、图4-27分别表示进给量和切削深度与振幅的关系曲线，由图可知，选取大的进给量和较小的aP，有利于减小颤振。
图4-26 进给量与振幅的关系 图4-27 切削深度与振幅的关系
（2）合理选择刀具参数
适当减小刀具后角，可加大工件与刀具后刀角的面之间的摩擦阻尼，对提高切削稳定性有利，必要时还可在后刀面磨出带有负后角的后倒棱（图4-28）或适当增大钻头的横刀，适当增大刀具的主偏角和前角可以减小切削力，从而可以有效抑制颤振，例如外圆车削时采用kr＝90°的车刀，就有明显的减振作用。
（3）提高工艺系统的抗振性
增加工艺系统的刚度，对减小振动有很大作用。例如，减小车床尾架套筒的悬伸长度；改善顶尖与顶尖孔的配合；主轴轴承适当预紧；减小刀杆的悬伸长度等。减轻主轴悬伸端的质量（如缩短工件悬伸长度、在保证刚度条件下减轻主轴端的卡盘或铣刀盘的质量），也可提高切削抗振性。
（4）改进刀具结构
采用如图4-29所示的弯头刨刀和车螺纹用的弹簧刀杆，受到冲击力作用时，刀尖相对于工件向后退出，切削力减小，切削力对刀具所做的正功也将减小，系统的振动就无法维持。
图4-28 负倒棱消振车刀 图4-29 抗振刀具
（5）调整振动系统小刚度主轴的位置
改进机床结构设计，合理安排刀具与工件的相对位置，以及调整刚度主轴的相对位置，都是较为有效的措施。
3．改善工艺系统的动态特性
提高工艺系统的刚度，可以有效地改善工艺系统的抗振性和稳定性，例如调整轴承间隙和零部件之间的间隙来提高刚度，在增加工艺系统刚度的同时，应减小构件自身的质量。
工艺系统的阻尼主要来自零部件材料的内阻尼，零部件接合面间的摩擦阻尼及其他附加阻尼，不同材料的内阻尼是不同的，由于铸铁的内阻尼比钢大，所以机床的床身、立柱等大型支撑件常用铸铁制造，除了选用内阻尼较大的材料制造外，还可以把高阻尼材料附加到零件上，如图4-30所示，工艺系统的阻尼大部分来自零部件结合面间的摩擦阻尼，有时它可以占到总阻尼的90%，应通过各种途径加大结合面间的摩擦阻尼。对于机床的获得结合面，应当注意调整其间隙，必要时可施加预紧力以增大摩擦力。
图4-30 在零件上灌入阻尼材料和压入阻尼环
