機(jī)械加工工程的切削技術(shù)和切削顫振的分析

摘 要：機(jī)械制造是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要組成部分，在整體發(fā)展水平上占有關(guān)鍵性的地位。機(jī)械制造業(yè)的基礎(chǔ)是金屬切削，金屬切削是一種精密程度極高的加工手段，無論在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)還是現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)中它都起著重要的作用。尤其是機(jī)械和電機(jī)、電子等現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)中，金屬切削更突顯它的重要意義。文章將對(duì)機(jī)械加工中的切削技術(shù)進(jìn)行研究，并對(duì)其中的切削顫振做了一定的分析。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造；電機(jī)設(shè)備；金屬切削

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各行各業(yè)都突飛猛進(jìn)，機(jī)械制造業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，更不能被人們忽視。各種施工活動(dòng)過程都離不開工具，自古以來，人們對(duì)待工具就很重視，無論是工具的設(shè)計(jì)、開發(fā)，還是工具的制造、使用，本文中所提到的工具既包括機(jī)械加工中的機(jī)床設(shè)施，又涵蓋了在機(jī)床工作時(shí)必要的切削刀具。其中，切削加工程序的質(zhì)量問題與使用的刀具的好壞存在密切聯(lián)系。刀具是整個(gè)切削技術(shù)發(fā)展歷程的重要標(biāo)志，它的革新是刀具行業(yè)進(jìn)步的里程碑。

1 機(jī)床切削加工在生活中的重要作用與刀具的使用

機(jī)械行業(yè)中的刀削技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展是整個(gè)機(jī)械行業(yè)和切削行業(yè)中具有標(biāo)志性的一件大事。零件的加工和改造是機(jī)械行業(yè)的核心大事，通常來說，機(jī)械零件的加工有成形制作和加工制作這兩種方式。在初級(jí)的制作時(shí)，只需要使用成形技術(shù)即可，使得原材料基本符合加工要求；當(dāng)初級(jí)產(chǎn)品進(jìn)行深加工時(shí)就會(huì)使用刀削技術(shù)，使得產(chǎn)品更加完善、更符合要求。其中，成形制造工藝有：鑄造工藝、鍛造工藝和焊接工藝。切削工藝包括：磨削、激光束、電子束加工工藝和電化學(xué)加工方法。

近些年，工具行業(yè)快速發(fā)展，在生產(chǎn)活動(dòng)中切削刀具逐漸被重視起來。刀具性能的高度和質(zhì)量的好壞與機(jī)床的生產(chǎn)效率的高低直接相關(guān)，刀具不會(huì)將直接影響到機(jī)械行業(yè)的工作效率和產(chǎn)成品的合格率，而且影響相關(guān)的機(jī)械企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和企業(yè)的生存，以及整個(gè)社會(huì)的就業(yè)率和安定有序。金屬的切削是對(duì)金屬零件的精細(xì)加工，是用刀具對(duì)工件表面上多出的材料進(jìn)行加工的過程，使材料最后達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，如獲得想要的幾何形狀和精細(xì)的尺寸，提高表面質(zhì)量等。值得關(guān)注的核心問題是對(duì)刀具切削面與工件的表面之間的相互作用，也就是刀具切削作用與工件反切削作用。目前刀具一定具備的性能就是較高的可靠性和切削性，要求刀具能夠高質(zhì)量地完成斷屑和卷屑的工作，并在此基礎(chǔ)上快速地更換刀具。

2 顫振的產(chǎn)生與影響

在機(jī)械加工過程中，由于振顫的存在和影響，通常會(huì)對(duì)工作人員的聽覺造成一定的危害，還會(huì)給工人帶來疲勞，直接導(dǎo)致工作效率的下降。機(jī)床振動(dòng)又是機(jī)床零件掉落或破損的主要因素，機(jī)床零件一旦疲勞其安全保障度就直線下滑。機(jī)床振動(dòng)還將會(huì)影響被加工產(chǎn)品的精確度，也使刀具大大減少其壽命，使生產(chǎn)效率下降。通常人們把切削金屬時(shí)引起的刀具和機(jī)床工件之間，以及各自內(nèi)部的振動(dòng)叫做“顫振”，切削顫振的類型很多，在機(jī)床上面發(fā)生的自激振動(dòng)類型又較為普遍，如回轉(zhuǎn)主軸系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)或者彎曲自激振動(dòng)；機(jī)床床身、立柱、橫梁等支撐件的彎曲或扭擺自激振動(dòng)；切屑形成的周期性引起的顫振和整臺(tái)機(jī)床的搖晃。

影響機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)問題是顫振是指機(jī)械加工過程中出現(xiàn)的不可能完全避免的一種輕微的顫動(dòng)。其中，振顫是影響機(jī)床行業(yè)的主要因素之一，它只要通過影響整體的刀削質(zhì)量和效率進(jìn)而影響制成品的質(zhì)量。重復(fù)多次的顫振作用在工作的機(jī)床上時(shí)，會(huì)影響刀具的質(zhì)量從而減少機(jī)床的使用壽命。所以，為了減少顫振帶來的不利的影響，必須改進(jìn)相應(yīng)的技術(shù)用來監(jiān)督和檢測(cè)顫振的頻率和分類。由于很長(zhǎng)一段時(shí)間以來，機(jī)械行業(yè)的噪音主要來自顫振，噪聲污染嚴(yán)重而且危害很大，影響周圍居民的正常生活，影響社會(huì)的長(zhǎng)治久安。另外，從企業(yè)角度出發(fā)，顫振的出現(xiàn)和存在會(huì)降低產(chǎn)品的合格率，降低工具的生產(chǎn)效率，減少刀具的使用壽命，增加了企業(yè)的投資成本。因此，降低甚至消除顫振是企業(yè)迫切需要解決的一件大事。

3 切削顫振含義與減小顫振的有效措施

3.1 再生顫振理論

再生顫振是由于上一次切削所形成的振紋與本次切削的振動(dòng)位移之間的相位差異導(dǎo)致刀具切削厚度的不同而引起的顫振。

3.2 振型耦合理論

如果沒有再生顫振的發(fā)生，也會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)振動(dòng)，如在螺紋切削時(shí)，后轉(zhuǎn)和前轉(zhuǎn)的氣息一旦沒有出現(xiàn)交叉場(chǎng)景，這是機(jī)械加工過程就容易出現(xiàn)顫振現(xiàn)象。又因?yàn)榈毒叩念^部和機(jī)床的工作面相交的軌跡是橢圓，通常來說，振顫會(huì)發(fā)生在兩個(gè)方向，一旦方向上存在的工作強(qiáng)度和剛度趨同時(shí)，原有的振動(dòng)便會(huì)重合，從而引起劇烈的顫振。針對(duì)以上問題提出了機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的問題就是高效配備各部件對(duì)應(yīng)不同方向上的剛度。

通過切削顫振理論和現(xiàn)象的研究，可以加深人們對(duì)切削顫振的認(rèn)識(shí)，以發(fā)展有關(guān)的理論和技術(shù)，進(jìn)而促進(jìn)整個(gè)機(jī)械工程的發(fā)展。采用此種控制技術(shù)，又可以減少由于振顫帶來的不利的影響，改善企業(yè)的工作環(huán)境，增加企業(yè)的利潤(rùn)空間，進(jìn)而為資源節(jié)約型社會(huì)的建設(shè)提供條件，創(chuàng)造和諧、安定、有序的新社會(huì)。所以，提高工作效率和增加刀具的使用年限，并且通過切削顫振的研究，能夠促進(jìn)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)效益得到最大程度的提高。

由于機(jī)床整體結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，要想控制顫振，應(yīng)該從局部入手。合理對(duì)控制顫振的發(fā)生，提高加工零件表面的質(zhì)量，具體措施如下：

（1）刀具方面

采用圓弧半徑較大的刀尖和副偏角較小的修光刃，這樣可以減少殘留的面積，選用的刀具材料必須與工件的材料相適應(yīng)，不使用磨損已經(jīng)很嚴(yán)重的刀具。

（2）關(guān)于工件材料方面

在各種原材料的性質(zhì)檢測(cè)和分析中，原材料的塑造性和表面的粗糙程度是影響成品質(zhì)量較大的兩個(gè)因素。所以，我們可以具體問題具體分析，對(duì)塑造性很大的原材料，例如合金鋼材和低碳鋼材在加工之前先使用小火處理，降低其本身的塑造性，以便在切削后可以達(dá)到光滑的要求。

（3）在加工方法方面的建議

掌握振顫是使機(jī)械加工中心的響應(yīng)性提到最高。但是振顫不是機(jī)床的缺陷；它是物理缺陷。每個(gè)主軸、刀夾和刀具系統(tǒng)都有幾組頻率，在這些頻率下，它自然要振動(dòng)。在較高的主軸速度下，可能出現(xiàn)切削刃頻繁地撞擊零件，以至這些沖擊正好與這些自然頻率相統(tǒng)一。這樣所導(dǎo)致的平穩(wěn)切削，可能不會(huì)使刀具或機(jī)床變形。在很多加工過程中，加工應(yīng)該由刀具強(qiáng)度和機(jī)床動(dòng)力決定時(shí)，振顫反而成為規(guī)定最大切削參數(shù)的障礙。

（4）降低殘余應(yīng)力帶來的影響也能提高加工表面質(zhì)量

根據(jù)實(shí)際要求，謹(jǐn)慎的選擇刀具的形狀和大小，是減少振顫的方法之一。在刀具的使用過程中，應(yīng)該使刀具表面的磨損控制在一定的范圍之內(nèi)；對(duì)于切削的數(shù)量，應(yīng)該在速度和最小值之間合理安排；加工時(shí)也可以使用切削液，減少表面粗糙帶來的振顫。

一旦加工過的零件表面存有殘余應(yīng)力，產(chǎn)生的振顫的頻率將會(huì)進(jìn)一步增加。特別是針對(duì)腐蝕性很強(qiáng)的零件，其影響更為嚴(yán)重。為此，應(yīng)盡可能在機(jī)械加工中減小或避免產(chǎn)生殘余應(yīng)力。但是，殘余應(yīng)力的產(chǎn)生復(fù)雜。通常來講，殘余應(yīng)力的產(chǎn)生與原材料的塑造性和切削時(shí)產(chǎn)生的溫度的高低有關(guān)，只要盡量減少這兩者帶來的影響，便可以在一定程度上減少振顫。生產(chǎn)中常采用滾壓、擠孔、噴丸強(qiáng)化、金剛石壓光等冷壓加工方法來改善表面層材質(zhì)的變化。通過這些措施在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用，提高了機(jī)械加工零件的表面質(zhì)量。

4 結(jié)束語

通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)械加工中切削技術(shù)和切削顫振問題既是對(duì)專業(yè)工作人員的基本要求，也是進(jìn)一步完善管理方面的有效手段。因此，為提高機(jī)械的使用壽命，確保高質(zhì)量完成零件加工，就要不斷完善切削技術(shù)，減少機(jī)械的切削顫振發(fā)生。