機(jī)械社區(qū)

車削加工中常見(jiàn)的故障之一就是振動(dòng)。當(dāng)車床產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，工藝系統(tǒng)的正常切削過(guò)程受到干擾和破壞，不僅嚴(yán)重惡化加工表面質(zhì)量，而且還會(huì)縮短機(jī)及刀具使用壽命。因此我們有必要采取一些措施來(lái)減小或者消除機(jī)床產(chǎn)生振動(dòng)。

一、低頻振動(dòng)的主要特征

消除機(jī)床回轉(zhuǎn)組件和傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)后，車削振動(dòng)的主要類型是不隨車削速度而改變的自激振動(dòng)。今天我們主要介紹一下在加工過(guò)程中由于工件系統(tǒng)變形及刀架系統(tǒng)變形而產(chǎn)生的低頻振動(dòng)的產(chǎn)生原因及其消除措施。

低頻振動(dòng)的主要特征是：①振動(dòng)頻率低(50～300Hz)，振動(dòng)時(shí)發(fā)出的噪音低沉；②在工件切削表面留下的痕跡深而寬；③振動(dòng)比較劇烈，常常使機(jī)床部件(如尾座、刀架等)松動(dòng)并使硬質(zhì)合金刀片碎裂。

二、低頻振動(dòng)的產(chǎn)生原因

車削中的低頻振動(dòng)時(shí)，通常工件系統(tǒng)和刀架系統(tǒng)都在振動(dòng)(但絕大部分情況下工件系統(tǒng)的振動(dòng)較大，起著主導(dǎo)地位)，它們時(shí)而相離，時(shí)而趨近，產(chǎn)生大小相等方向相反的作用力和反作用力。在振動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)工件與刀具作相離運(yùn)動(dòng)時(shí)，切削力F相離與工件位移方向相同，所做之功為正值，如圖1(a)所示。當(dāng)工件趨近刀具時(shí)，切削力F趨近所做之功為負(fù)值，如圖1(b)所示。

車削過(guò)程中：①切屑與刀具前刀面的摩擦力、②刀具在切入和退出工件時(shí)所遇到的金屬硬化程度不同、③振動(dòng)過(guò)程中刀具實(shí)際幾何角度周期性改變、④振動(dòng)時(shí)，刀具對(duì)工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡是橢圓，因而引起切削截面周期性變化、⑤工件在前一轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)所留下的痕跡，引起了切削截面周期性變化。這5種情況都可引起切削力周期性的變化，并使F相離>F趨近。這樣，在每一振動(dòng)周期中，切削力對(duì)工件(或刀具)所做之正功總是大于它對(duì)工件(或刀具)所做之負(fù)功，從而使工件(或刀具)獲得了能量補(bǔ)充產(chǎn)生自激振動(dòng)。

三、低頻振動(dòng)的消除措施

(1)在低頻振動(dòng)時(shí)，主要是由于Y方向的振動(dòng)引起了切削力的變化，使得F相離>F趨近而產(chǎn)生了振動(dòng)。

主要采取下面4種措施。

①刀具主偏角(μr角)愈大，F(xiàn)y力愈小，愈不容易產(chǎn)生振動(dòng)。因此，適當(dāng)增大刀具主偏角，消除或減小振動(dòng)。

②適當(dāng)增大刀具前角，可減小Fy力，從而減弱振動(dòng)。

③刀具后角太大或刀刃過(guò)分鋒利，刀具易啃入工件，容易產(chǎn)生振動(dòng)。而當(dāng)?shù)毒哌m當(dāng)鈍化后，其后刀面有阻止刀具“啃入”工件的作用，可減小或消除振動(dòng)。

④車削時(shí)刀尖位置過(guò)低(低于工件中心)或在車床上鏜孔時(shí)刀尖位置過(guò)高，都會(huì)使得刀尖實(shí)際前角減小而后角增大，容易產(chǎn)生振動(dòng)。

⑤刀架系統(tǒng)如果具有負(fù)剛度時(shí)，容易“啃入”工件產(chǎn)生振動(dòng)。因此，盡可能避免刀架系統(tǒng)的負(fù)剛度對(duì)車削產(chǎn)生的振動(dòng)。

(2)車削過(guò)程中產(chǎn)生寬而薄的切屑時(shí)，Y方向的振動(dòng)引起了切削力的變化，當(dāng)切削截面寬而薄時(shí)，Y方向的振動(dòng)將引起切削截面積及切削力的劇烈變化。因此，在這種情況下極易產(chǎn)生振動(dòng)。例如：在縱走刀車削時(shí)，切深愈大，進(jìn)給量愈大，主偏角愈小，則切削截面就愈寬愈薄，愈容易產(chǎn)生振動(dòng)。因此選擇車削速度時(shí)應(yīng)避開(kāi)出現(xiàn)切削力隨速度下降的中速區(qū)(切削碳素鋼時(shí)，速度范圍為30～50m/min)，同時(shí)減小車削背吃力量，適當(dāng)增大進(jìn)給量和減小切削深度也有助于抑制振動(dòng)。

(3)工件系統(tǒng)和刀架系統(tǒng)的剛度不足是產(chǎn)生低頻振動(dòng)的主要原因，可采取下面的措施消除或減小振動(dòng)：

①用三爪或四爪夾緊工件時(shí)盡可能使工件回轉(zhuǎn)中心和主軸回轉(zhuǎn)中心的同軸度誤差最小，避免工件傾斜而斷續(xù)切削或不均勻切削造成切削力的周期性變化所產(chǎn)生的振動(dòng)。

②加工細(xì)而長(zhǎng)且容易變形彎曲產(chǎn)生振動(dòng)的工件時(shí)，采用彈性頂尖及輔助支承的同時(shí)加冷卻液冷卻減小工件的熱膨脹變形。

③裝夾工件時(shí)，不要使工件伸出過(guò)長(zhǎng)。對(duì)剛度不足的工件，采用合理的中心架、跟刀架及頂尖等輔助支承來(lái)增加工件的剛度。

④使用頂尖時(shí)，頂尖與頂尖錐孔應(yīng)配合良好，避免頂力太大造成工件彎曲或頂力太小起不到支承作用使工件擺動(dòng)，并注意尾座套筒懸伸不能過(guò)長(zhǎng)。

⑤機(jī)床主軸軸承間隙直接影響主軸的旋轉(zhuǎn)精度和剛度，使用中如發(fā)現(xiàn)因軸承磨損致使間隙過(guò)大剛度不足時(shí)，應(yīng)調(diào)整軸承間隙并施加預(yù)緊力，以增大工件系統(tǒng)的剛度消除振動(dòng)。

⑥定期檢查中拖板與大拖板、小刀架與中拖板之間燕尾導(dǎo)軌的接觸情況，調(diào)整斜鑲條使其保持適當(dāng)間隙避免刀架移動(dòng)時(shí)出現(xiàn)爬行，造成刀架系統(tǒng)的振動(dòng)。

⑦每次轉(zhuǎn)動(dòng)方刀架使刀具轉(zhuǎn)到所需位置時(shí)，應(yīng)壓緊并固定方刀架，避免方刀架松動(dòng)降低刀架系統(tǒng)剛度產(chǎn)生振動(dòng)。