普通車(chē)削加工中振動(dòng)的危害與建議

劉冰

（大慶油田裝備制造集團(tuán)力神泵業(yè)有限公司，黑龍江 大慶 163311）

車(chē)削生產(chǎn)時(shí)，會(huì)伴隨著振動(dòng)的出現(xiàn)，這不僅僅會(huì)對(duì)切削的過(guò)程有阻礙作用，同時(shí)，若振動(dòng)嚴(yán)重，會(huì)降低工件的質(zhì)量，對(duì)機(jī)床、刀具的生命周期也有不可避免的影響，會(huì)降低其使用壽命。振動(dòng)所發(fā)生的噪音還會(huì)對(duì)工人的情緒產(chǎn)生負(fù)面效果，不利于工作的正常開(kāi)展。經(jīng)過(guò)在實(shí)際操作中的觀察、實(shí)踐等，現(xiàn)將總結(jié)出一些方法并獲得了一定的成效及這些方法的可行性、科學(xué)性等介紹如下。

1 普車(chē)加工中振動(dòng)的分類(lèi)

在車(chē)削生產(chǎn)時(shí)，普車(chē)的剛性、刀具的性能、工件的大小等方面，都會(huì)有振動(dòng)發(fā)生的可能。當(dāng)下，自由、自激以及受迫振動(dòng)這三種方式是呈現(xiàn)出振動(dòng)的主要原因。

1.1 自由振動(dòng)

因彈性力所導(dǎo)致的振動(dòng)被稱(chēng)為自由振動(dòng)，其在車(chē)削生產(chǎn)時(shí)，車(chē)削力有了改變或者是外力對(duì)其有作用，最終致使本來(lái)的平衡狀態(tài)被破壞所出現(xiàn)的振動(dòng)。自由振動(dòng)的時(shí)間較短，消退迅速，其對(duì)零件的負(fù)作用不大，若對(duì)質(zhì)量的要求較低，這樣就可將自由振動(dòng)所帶來(lái)的影響忽略不計(jì)。

1.2 自激振動(dòng)

自激振動(dòng)就是指：加工車(chē)床時(shí)，車(chē)床受到自身的激發(fā)，致使振動(dòng)出現(xiàn)，該振動(dòng)是不受外界影響的。這種振動(dòng)是車(chē)床受力所產(chǎn)生的，同時(shí)，受力具有周期性，同樣具有周期性的還有激發(fā)以及衰退這兩個(gè)過(guò)程，這個(gè)過(guò)程的振動(dòng)一直都有，因有周期性，能量會(huì)得到補(bǔ)給。工件自激所產(chǎn)生的振動(dòng)帶來(lái)的噪聲不會(huì)很大，頻次約200Hz；刀具振動(dòng)所帶來(lái)的噪聲很大，頻次在1000～5000Hz的范圍內(nèi)，以上提及到的振動(dòng)，均可對(duì)工件的質(zhì)量有負(fù)作用。

1.3 受迫振動(dòng)

該振動(dòng)是指；在系統(tǒng)的內(nèi)（外）部有周期變化效果的振源影響下所呈現(xiàn)出的振動(dòng)。周期性的激振力致使受迫振動(dòng)出現(xiàn)，這樣的振動(dòng)是不會(huì)有減弱的，振動(dòng)的自身對(duì)激振力的改變是沒(méi)有影響的，外界激振力的頻率和受迫振動(dòng)的頻率是一樣的，系統(tǒng)本身的頻率和它沒(méi)有關(guān)系。

2 普通車(chē)削出現(xiàn)振動(dòng)的原因

在普通車(chē)削生產(chǎn)時(shí)，自激振動(dòng)是其主要形式，這也被叫做振顫現(xiàn)象，工件、機(jī)床等其剛性是這種現(xiàn)象出現(xiàn)的主要因素，車(chē)削速度的改變對(duì)其沒(méi)有影響。此外，若在選擇切削三要素時(shí)有問(wèn)題，刀具幾何角度出現(xiàn)改變等同樣有振動(dòng)的出現(xiàn)。

2.1 工件系統(tǒng)以及刀架系統(tǒng)所產(chǎn)生的振動(dòng)通常是低頻振動(dòng)

低頻振動(dòng)的產(chǎn)生是因?yàn)樵谇邢鲿r(shí)，刀具對(duì)工件的切削有間斷所導(dǎo)致的，刀具對(duì)工件有作用力，其方向是相反的，力的大小是相同的。當(dāng)對(duì)工件切入的過(guò)程中，刀具會(huì)將切削力提上來(lái)，同時(shí)這會(huì)導(dǎo)致反作用力升高，系統(tǒng)對(duì)能量是輸出的；若在工件的切出時(shí)，工件所受到的切削力出現(xiàn)了降低，切削力對(duì)刀具是沒(méi)有什么作用的，系統(tǒng)對(duì)能量是輸入的。車(chē)削時(shí)，切削力的周期改變就和上面的要素有關(guān)，在各個(gè)周期變化中，比對(duì)消耗的能量和輸入的能量，前者大于后者，這樣，周期性的補(bǔ)充能量就會(huì)呈現(xiàn)出低頻率的自激振動(dòng)。

2.2 因刀具的幾何角度和工件切削間所帶來(lái)的摩擦形成了高頻率的振動(dòng)

以下幾方面的要素是高頻振動(dòng)的主要原因：第一，摩擦力的影響，特別是在對(duì)有韌性的材料加工的過(guò)程中，開(kāi)始切削的過(guò)程中，切削力和切削速度呈正相關(guān)，經(jīng)一段時(shí)間之后，切削的速度會(huì)隨著切削力的降低而降低。第二，粗加工的過(guò)程中，因之前的工件表面有痕跡的出現(xiàn)，這會(huì)對(duì)切削厚度的改變有影響，進(jìn)而導(dǎo)致切削力呈現(xiàn)出周期性的改變，在振出的半個(gè)周期的范圍里，就平均的切削厚度而言，振入的小于振出的，在切削力做功方面，振入小于振出。在對(duì)工件的切入（出）過(guò)程中，若刀具碰到的金屬材料，其硬化的程度不一樣，致使切削力出現(xiàn)了周期性的改變，進(jìn)而致使振動(dòng)的產(chǎn)生，同時(shí)，在刀具振動(dòng)時(shí)，對(duì)刀具的幾何角度同樣會(huì)有影響作用，對(duì)振動(dòng)的幅度有提升的效果。

3 消振的方法

系統(tǒng)出現(xiàn)切削顫振的可能性，不但和切削的過(guò)程有著一定的聯(lián)系，還和工藝系統(tǒng)有著關(guān)系，對(duì)于振動(dòng)而言，提出了與之相應(yīng)的解決方法。

（1）為了將振動(dòng)減緩，將系統(tǒng)順著Y方向的剛度提升是一方面的方法，另一方面可將切削分力Fy降低等。可用以下幾方面的方法：①車(chē)削時(shí)，振動(dòng)大多數(shù)在v=30～70m/min速度的范圍內(nèi)發(fā)生，因此，在切削力速度發(fā)生了降低的中速區(qū)范圍內(nèi)，不應(yīng)加快車(chē)削速度，若在高速或者是低速的這個(gè)范圍內(nèi)，就不容易出現(xiàn)自振了。②若切屑是寬的，還很薄時(shí)，盡可能的降低這樣的切削，要不然會(huì)有振動(dòng)的情況出現(xiàn)。若條件允許，在控制振動(dòng)時(shí)，可適當(dāng)?shù)膶⑦M(jìn)給量調(diào)大，切削的深度降低。③實(shí)時(shí)的調(diào)整刀具的前角γ，同樣對(duì)降低Fy有幫助，這樣會(huì)降低振動(dòng)。若切削的速度相對(duì)較高，在影響振動(dòng)方面，前角的效果不佳，因此，在高速的條件下，切削時(shí)可用負(fù)前角，這樣就不會(huì)有強(qiáng)烈的振動(dòng)發(fā)生。一般情況下，會(huì)用雙前角的消振刀，對(duì)刀具以及切削的長(zhǎng)度，可經(jīng)圖1中的f（寬度）管控，這樣會(huì)將切削力有效的降低，阻止振動(dòng)的出現(xiàn)。當(dāng)γ1>0時(shí)，代表著低速，相反，若時(shí)γ0＜0時(shí)，代表著高速，二者之間有15°的相差值，見(jiàn)圖1。④若切削的深度以及進(jìn)給量保持不改變，主偏角K越來(lái)越大，F(xiàn)y會(huì)隨著降低。所以，調(diào)整刀具主偏角，令其增大，會(huì)將振動(dòng)降低。⑤刀刃太過(guò)于鋒利，當(dāng)在工件切入的過(guò)程中，這樣振動(dòng)就易出現(xiàn)。若后角降低到2°～3°的范圍內(nèi)，振動(dòng)的降低很顯著。若刀具的后面有負(fù)倒棱的出現(xiàn)，這對(duì)振動(dòng)也有扼制的效果，見(jiàn)圖2。⑥若刀具出現(xiàn)了負(fù)剛度狀態(tài)，易“啃人”的工件同樣易出現(xiàn)振動(dòng)狀態(tài)。所以，對(duì)刀架系統(tǒng)的負(fù)剛度而言，最大程度的阻止其出現(xiàn)，這會(huì)降低車(chē)削導(dǎo)致的振動(dòng)的發(fā)生。

（2）低頻振動(dòng)的原因當(dāng)中不包含工件系統(tǒng)以及刀架系統(tǒng)的剛度，對(duì)降低振動(dòng)的發(fā)生可經(jīng)以下幾方面完成：①在夾工件的時(shí)候，最大程度的降低回轉(zhuǎn)中心和主軸回轉(zhuǎn)中心的誤差，阻止因工件的傾斜出現(xiàn)了切削的不勻稱(chēng)，進(jìn)而導(dǎo)致切削周期性的改變，致使振動(dòng)發(fā)生。②在生產(chǎn)細(xì)長(zhǎng)軸的過(guò)程中，為了提升切削的穩(wěn)固性，可用跟刀架及中心架。③車(chē)削時(shí)，需用有彈性的頂尖，這樣會(huì)阻止因頂力的原因形成工件的彎曲等，同時(shí)還要留心不可以過(guò)長(zhǎng)的將尾座套筒懸伸。④對(duì)小刀架和中拖板這二者間的燕尾導(dǎo)軌的接觸狀況要時(shí)時(shí)的關(guān)注、查看，對(duì)斜鑲條的間隙要保持正確的位置，防止因刀架的移動(dòng)導(dǎo)致爬行的狀況。此外，為了將系統(tǒng)的抗振特性提上來(lái)，可用刮研將表面聯(lián)結(jié)，提升剛度。⑤對(duì)主切削力的方向要合理設(shè)計(jì)，如在工件的反轉(zhuǎn)切削過(guò)程中，因剛度方向和切削力是保持一樣的，這會(huì)將穩(wěn)定性提上來(lái)。

（3）因高頻率的振動(dòng)會(huì)有刺耳的噪音出現(xiàn)，會(huì)對(duì)工件的質(zhì)量有影響，有痕跡出現(xiàn)，振動(dòng)的過(guò)程中，僅僅是刀具的自身振動(dòng)，其它的較穩(wěn)定。產(chǎn)生高頻振動(dòng)的原因是后刀面的磨損程度嚴(yán)重，導(dǎo)致了和工件的摩擦降低，最終出現(xiàn)了高頻振動(dòng)，減緩其方法如下：①將小車(chē)刀懸伸的長(zhǎng)度降低。②強(qiáng)化車(chē)刀抗彎的剛度。③實(shí)時(shí)替換刀具。④刀具安裝過(guò)程中，要確保刀桿和旋轉(zhuǎn)中心呈現(xiàn)出垂直的狀態(tài)，在緊固的過(guò)程中，要用力均勻。⑤可用有減振效果的設(shè)備。

圖1 雙前角消振刀具

圖2 負(fù)倒棱消振刀具

4 結(jié)語(yǔ)

還有很多的因素都會(huì)對(duì)車(chē)削生產(chǎn)中的振動(dòng)有影響，還需我們不斷的研究，如不一樣的刀具、不一樣的材料、不一樣的環(huán)境等，對(duì)提出的方法積極的討論，確保零件的質(zhì)量，將刀具的使用壽命有效提高。

參考文獻(xiàn):

[1]杜靜，鄒靜，段艷妮等.雙離合器變速箱的研究分析[J].商品與質(zhì)量，2012,(S3):268.

[2]王群娜，王國(guó)權(quán).某乘用車(chē)離合器總成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及疲勞分析[J].北京信息科技大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2011,(05):59-61.

[3]楊小英.探析普通車(chē)削加工中的振動(dòng)[J].科技資訊,2016,(33):53-54.

[4]舒蕾.車(chē)削加工中的振動(dòng)原因分析及消振措施探討[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2014,(9):142-144.

[5]裴武斌.車(chē)削過(guò)程中的振動(dòng)分析與消振措施[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊,2016,(4):40-41.