數控車削加工常見問題分析

李國會 蔣 浩 劉宏偉

（長春職業技術學院，吉林 長春 130033）

1 大型薄壁件車削自激振動的抑制

切削顫振,是金屬切削過程中刀具與工件之間產生的一種十分強烈的自激振動.由切削過程中所產生的動態周期性力激發而引起,并能維持其振動不衰減.在切削加工中,切削顫振不僅破壞了被加工零件的表面質量,而且還加速了刀具的磨損,嚴重時甚至使切削無法進。.本文以數控車床車削直徑較大，壁又很薄的拋物線鋁合金反光鏡為實驗內容（反光鏡的表面粗糙度要求Ra≤0.8，如示意圖1），通過實驗的方法，總結出抑制振動的幾種方法，有效的解決了加工中的振動問題。

圖1

試驗中，采用的機床是日本大隈OKUMA數控車床，φ40的里孔刀，鏜孔最初切削參數是吃刀深度0.5mm，轉速初始值1000r/min,進給量0.05mm/r。實驗結果是表面粗糙度極差，切削的過程中噪聲極大，工件響如洪鐘，切削幾乎無法進行，經分析認為是工件本身的剛度不足，切削過程中產生自激振動造成的，通常抑制自激振動的方法可考慮從以下幾個方面入手，一是調整切削參數，二是提高工藝系統本身的抗振性，三是使用消振裝置等，在所有方法中，以第一種和第三種方法最為簡單容易實現，于是采用了這兩種方法進行了實驗，均取得了較好的效果。

1.1 調整切削參數抑制自激振動產生

通過相關理論可知，自激振動的產生與工藝系統的固有頻率關系密切，如果工件的轉速與工件的固有頻率接近或成整數倍，在切削的過程中就容易產生自激振動，如果在切削的過程中能盡量使工件的轉速盡量遠離這個頻率，就可以有效的減少切削中的自激振動，在其它參數不變的條件下，通過實驗得出以下實驗數據如表：

?

通過以上數據可以看出，當工件轉速為1200r/mim時，工件的表面質量最差，隨著轉速的提高和下降表面質量逐步有所改善，但由于受到機床轉速限制，轉速無法進一步提高，在工件2200r/mim的情況下沒有滿足加工要求，另外進一步提高轉速還要考慮刀具的壽命問題。當工件轉速降至60r/mim時，工件的表面粗糙度完全符合了工件的要求。通過以上實驗可以看出，通過調整工件的轉速就可以有效的解決切削過程的自激振動問題。但這種方法有時會受到機床極限轉速的限制和刀具壽命的限制，雖然可以通過降低工件的辦法解決這一問題，但這一般法也存在一定的弊端，那就是加工效率明顯降低，這在單件小批量生產中可以采用，在大批量生產中，會嚴重影響經濟效益，不是最佳解決辦法。

1.2 增加阻尼減振法

雖然通過降低工件轉速可有效的解決振動問題，但生產效率大幅度降低了，難以滿足生產的要求。通過觀察分析，加工過程中的振源為工件本身，是工件的壁太薄造成的，如何從工件本身入手解決振動問題是解決問題的關鍵，通過不斷的實驗，找到了解決問題的有效而簡單的辦法，通過在工件的背面纏繞布帶或膠帶可有效的消耗振動的能量，進而減少自激振動的發生。

2 經濟型數控車床加工長軸常見問題及解決方案

在經濟型數控車床上精加工長軸時，經常會產生以下幾個問題：一是同一個機床同一個程序加工出來的一批件的徑向尺寸一致性不理想；二是加工出來的長圓柱面錐度很大；三是靠近尾座的直徑尺寸忽大忽小，很難控制。筆者通過農機軸1軸的生產實踐中，總結了一些經驗，有效的解決了上述問題，具體如下：

2.1 經濟型數控車床精車徑向尺寸分散的解決辦法

在農機軸數控車削精加工的過程，發現同樣的程序，同一臺機床，加工出來的工件的尺寸很不穩定，誤差很難控制在公差范圍之內（0.02），通過對整個生產工藝分析和對前一道工序半成品的測量找到了問題的原因，是誤差復映現象導致的結果，原因是上道工序加工采用的是普通機床車削的，公差要求比較寬（±0.2），而經濟型數控車床的系統剛度較差，在數控車床上進行精加工的過程中，精加工余量的不同，刀具與工件之間的退讓大小會發生很大的變化，工件余量大時退讓的距離較大，余量小退讓的距離就小。通過分析和實驗有效的解決了這個問題，具體做法是把原來的一次走刀，變為兩次走刀，第一次走刀的目的是使工件的余量均化，保證第二次走刀時余量接近（±0.04以內），從而保證精加工的精度。

2.2 經濟型數控車床加工長軸圓柱度超差的解決辦法

在利用經濟型數控車床加工長軸的過程中發現，加工出來的工件會出現一定的錐度，加工的余量越大，錐度越明顯，往往會使工件的圓柱度超差，通過分析得知，產生這一現象的原因是機床主軸與機床尾座的剛度不同造成的，尾座的剛度比較弱，在加工的過程中，刀具距離尾座越近工件向后退讓的距離越大，導致工件的尾端尺寸增大，造成工件的圓柱度誤差。針對這種現象，可以通過減少多次走刀，減少精加工余量的辦法解決；也可以通過安裝中心架來提高工件的剛度解決，但這兩種方法都會降低生產率。為了不影響機床的生產率，筆者利用了數控機床本身的特點，提出了更加有效的解決辦法，具體做法是：先試切幾個軸，然后測出圓柱面的兩端直徑差，再把加工程序改成與試件錐度相反的加工錐面的程序就可解決問題。

2.3 經濟型數控車床加工長軸時靠近尾座部分徑向尺寸不穩定的解決方法

在利用經濟型數控車床加工長軸時，一般會采用一夾一頂或者雙頂的方式進行裝夾工件，在生產實踐中發現，即使工件加工的前一道工序已經保證了留下的精加工余量的差異很小，但還是經常保證不了工件靠近尾座部分的要求較高尺寸公差，通過反復的分析和實驗發現問道的原因其實很簡單，問題出在頂尖的夾緊力上，由于經濟型數控車床的尾座頂尖的夾緊力是靠人工控制的，每次夾緊力會有很大不同，不同的人操作差異會更大。當頂尖的頂緊力比較大時，系統剛度提高，工件與刀具之間的退讓距離很小，工件的直徑就小。當頂尖的頂緊力比較小時，系統剛度較低，工件與刀具之間的退讓距離較大，工件的直徑就變大。解決這一現象的最簡單辦法是通過操作工的手感來控制頂緊力，這對一個有經驗的操作工來說，還是很有效的。但對于操作工經常更換的情況下，或在操作者的操作經驗不足的情況下，并不太容易做到。最有效的解決辦法是去除人為因素的影響，或者把人為因素降低到最小。采用液壓頂尖無疑是減少人為因素影響的最好辦法，但安裝一套液壓頂尖造價很高。通過實驗，筆者采用了彈性頂尖有效的解決了這個問題，把固定的頂尖改成了彈性浮動頂尖，操作者可以通過尾座套筒的刻度控制頂尖的彈簧的頂緊力，把頂尖的頂緊力的變化控制在一定的范圍，經濟有效的解決了頂緊力的問題。

[1]顧崇銜.機械加工工藝學[M].西安：陜西科學技術出版社.

[2]賀長生.切削振顫的預報控制[J].長春大學學報