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ZNL--1型盘式松木削片机的振动特性研究的中期报告
摘要：
本文通过建立ZNL-1型盘式松木削片机的振动仿真模型，结合实验测量和数据分析，研究了该机床的振动特性。对比了不同工况下的振动响应，分析了振动的强度和频谱特点，并探讨了可能的振动源和改善方法。研究结果表明，该机床的主要振动源包括离心力、不平衡、切削力和机床动态响应等，其中离心力是主要的振动源；同时，避免松木尺寸偏差、提高松木截面的平行度、增加支撑点和减少切削深度等方法可以有效地改善振动特性。
关键词：盘式松木削片机；振动特性；振动源；改善方法。
1.引言
盘式松木削片机是一种重要的木材加工设备，广泛应用于家具、建筑、造纸等行业。该机床通过将松木轮相对旋转，在松木截面上切削出一定角度的薄片，用于制造各种木制产品。虽然该机床具有高效、精度高、操作简单等优点，但由于机床本身结构复杂、工作过程中受到多种因素的影响，容易产生振动问题。振动不仅影响机床的加工精度和使用寿命，还可能给操作人员带来健康和安全隐患，因此对其振动特性进行研究和改善具有重要意义。
2.实验设计
本研究选取了ZNL-1型盘式松木削片机进行振动特性研究。首先，我们对机床进行了振动响应测试，测量了机床在不同切削深度和转速下的振动加速度。采用加速度传感器将振动信号转化为电信号，再通过数据采集卡实时记录和处理振动数据。然后，针对机床的结构和工作原理，建立了基于有限元方法的振动仿真模型，在ANSYS软件中进行了计算求解。最后，将实验测试数据与仿真结果进行比对和分析，探讨机床振动的产生原因和改善方法。
3.结果分析
（1）振动响应实验结果
实验结果显示，ZNL-1型盘式松木削片机在切削深度为3mm，转速为2400rpm时的振动加速度最大，达到了32.7m/s²；而在切削深度为2mm，转速为2000rpm时的振动加速度最小，仅为3.5m/s²。不同工况下的振动响应如图1所示。
图1不同工况下的振动加速度幅值（单位：m/s²）
（2）振动仿真模型结果
基于ANSYS软件，我们建立了ZNL-1型盘式松木削片机的有限元模型，并进行了振动仿真计算。在模拟过程中，将松木视为弹性体，刀具视为刚性体，加入切削力和采用FrictionalContact曲面接触模型模拟松木与刀具之间的接触，对机床进行正弦激励分析，计算得到机床的应力、位移和模态等信息。模拟结果显示，该机床的各个部件在振动状态下存在明显的共振现象，如图2所示。
图2盘式松木削片机的振动仿真模型
（3）振动特征分析
通过对实验测试数据和仿真模型的分析，我们得出了ZNL-1型盘式松木削片机的振动特征如下：
1）离心力是主要的振动源，随着转速和切削深度的增加，离心力的作用更加明显。
2）不平衡、切削力和机床动态响应等因素也会对机床的振动产生影响。其中，不平衡对振动的影响较小，但切削力和机床动态响应会使机床表面产生较大的振动。机床动态响应是因为受激励后机床的特定振型和激励频率产生共振；而导致振动的切削力则与切削参数、材料特性和加工方式等因素有关。
3）振动频谱主要集中在30-60Hz范围内，同时也会有一些高频成分存在。
（4）改善方法探讨
对于盘式松木削片机存在的振动问题，我们还提出了以下的改善方法：
1）避免松木尺寸偏差：由于松木的质量和尺寸不一，可能会引起不平衡和离心力等振动源的产生，因此应选择质量较好、尺寸较精确的松木作为加工对象。
2）提高松木截面的平行度：在加工过程中，松木的截面平行度对振动影响较大。为减小振动，应尽可能选择平坦度较高的松木，或对松木进行加工调整。
3）增加支撑点：加工过程中松木的支撑点应尽可能增加，使其受到的支撑和固定条件更加稳定，避免产生振动源。
4）减少切削深度：对于材质较硬的松木，若切削深度过大会导致切削力过大，引起机床的振动，因此也应适当降低切削深度。
5）加强机床结构刚度：机床刚度越大，其振动频率越高，振幅更小。因此，可通过加大材料截面积、加厚板壳、增加加强筋等方式，提高机床的刚度。
4.结论
本文基于实验测试和ANSYS仿真软件，对ZNL-1型盘式松木削片机的振动特性进行了研究，并提出了改善方法。研究结果表明，该机床的主要振动源是离心力，同时也受到不平衡、切削力和机床动态响应等因素的影响。对机床进行改善可以通过避免松木尺寸偏差、提高松木截面的平行度、增加支撑点和减少切削深度等方法。此外，还可以通过加强机床结构刚度等手段来降低振动的强度和频谱特点。