車削過(guò)程中的振動(dòng)和消振措施

在金屬切削機(jī)床上對(duì)零件進(jìn)行切削加工時(shí)，一般工藝系統(tǒng)所受的力包括切削力、夾緊力、運(yùn)動(dòng)部件的慣性力、接觸部件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦力、外界的干擾力、機(jī)床內(nèi)部的激振力以及工件和夾具的重力等。這些力作用在機(jī)床、工件和刀具上，使其產(chǎn)生一定的彈性變形，導(dǎo)致工藝系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)。在進(jìn)行切削加工時(shí)，由于工藝系統(tǒng)發(fā)生強(qiáng)烈的相對(duì)振動(dòng)，從而使工藝系統(tǒng)的各種成形運(yùn)動(dòng)受到干擾和破壞，這不僅使加工表面產(chǎn)生波紋，嚴(yán)重降低加工精度和表面質(zhì)量，而且縮短機(jī)床和刀具的使用壽命，降低切削效率。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，零件表面的質(zhì)量要求越來(lái)越高，振動(dòng)往往成為提高產(chǎn)品質(zhì)量的主要障礙。所以，在切削過(guò)程中應(yīng)先了解振動(dòng)產(chǎn)生的原因，然后采取相應(yīng)的解決辦法，本文主要介紹車削過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)及消振措施。

一、車削過(guò)程中的振動(dòng)

1.車削中的強(qiáng)迫振動(dòng)

強(qiáng)迫振動(dòng)是由外界持續(xù)激振力引起和維持的振動(dòng)，車削中強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因有以下幾種；

（1）不平衡離心慣性力。當(dāng)車床工作時(shí)，一些零部件如電動(dòng)機(jī)、皮帶輪、主軸部件以及傳動(dòng)齒輪等，由于存在質(zhì)量偏心，在高速回轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生離心慣性力，這種離心慣性力就是使機(jī)床產(chǎn)生振動(dòng)的激振力。

（2）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺陷。機(jī)床上的零部件，特別是傳動(dòng)中的旋轉(zhuǎn)零件，由于制造不精確，裝配不良，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生周期性的干擾，成為強(qiáng)迫振動(dòng)的振源。

（3）斷續(xù)切削。加工斷續(xù)的工件（如形狀不規(guī)則的工件和偏心工件）表面，常常會(huì)發(fā)生刀具與工件的沖擊。若被加工部分與間斷部分有節(jié)奏地交替時(shí)，就可能產(chǎn)生周期性的激振力，這種交變切削力就會(huì)引起強(qiáng)迫振動(dòng)。

（4）地基振動(dòng)。地基振動(dòng)的強(qiáng)度一般取決于兩個(gè)因素：一是受到鄰近設(shè)備如沖床、鉆床等的影響，產(chǎn)生振動(dòng)；二是建筑物和地基等承載結(jié)構(gòu)的諧振特點(diǎn)，當(dāng)引起地基振動(dòng)時(shí)，地基就會(huì)把振動(dòng)傳給機(jī)床，導(dǎo)致機(jī)床和地基一起振動(dòng)。因此，要想在車床上加工出精度較高、表面粗糙度值較小的工件，就必須把車床和地基隔開。

2.車削中的自激振動(dòng)

在沒(méi)有周期性外力作用的情況下，由系統(tǒng)內(nèi)部激發(fā)及反饋的相互作用而產(chǎn)生穩(wěn)定、周期性的振動(dòng)，稱為自激振動(dòng)，簡(jiǎn)稱“顫振”。產(chǎn)生自激振動(dòng)的原因是加工過(guò)程中工件及刀架系統(tǒng)變形而產(chǎn)生的低頻振動(dòng)和因車刀的變形而產(chǎn)高頻振動(dòng)。車削過(guò)程中，車床由于工作條件不好，工件及端部條件（卡盤、主軸和尾座）的等效剛度較低，切削截面又較大的緣故，在加工細(xì)長(zhǎng)軸、大直徑工件時(shí)，增大了切削力矩，因而在車削時(shí)車床發(fā)生顫振，最終使工件和刀具不停地產(chǎn)生相對(duì)振動(dòng)。

二、防止和消除振動(dòng)的方法

1.強(qiáng)迫振動(dòng)的消除方法

（1）減小激振力。減小激振力就是減小因回轉(zhuǎn)元件不平衡引起的離心慣性力及斷續(xù)切削所產(chǎn)生的沖擊力等。對(duì)于轉(zhuǎn)速較高的主軸部件、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子、卡盤等必須給予平衡；對(duì)于齒輪，必須提高其制造精度和裝配質(zhì)量；對(duì)于皮帶傳動(dòng)，應(yīng)采用完善的皮帶接頭，適當(dāng)調(diào)整皮帶拉力，合理選擇皮帶長(zhǎng)度；對(duì)于主軸上的滾動(dòng)軸承，應(yīng)選用精度較高的軸承，還應(yīng)提高軸承的裝配質(zhì)量。

（2）調(diào)整振源頻率。在選擇主軸轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)離可能引起強(qiáng)迫振動(dòng)的振動(dòng)源的頻率遠(yuǎn)一些，避開共振區(qū)。

（3）提高工藝系統(tǒng)的剛性?？s短主軸前端的懸伸長(zhǎng)度，錐軸承在裝配時(shí)應(yīng)保證大端接觸緊密，適當(dāng)加厚主軸箱前軸承孔處的箱壁等。

2.自激振動(dòng)的控制和消除方法

（1）合理選擇切削用量。實(shí)踐證明，在任何情況下都應(yīng)該盡量避免切出寬而薄的切屑，因?yàn)樵谶@種情況下最易產(chǎn)生振動(dòng)。當(dāng)切削余量較大時(shí)，合理的辦法是增加走刀次數(shù)，以減小每次走刀的背吃刀量，并在加工表面粗糙度允許的情況下適當(dāng)增加進(jìn)給量，避免自激振動(dòng)和保證生產(chǎn)效率。

（2）合理選擇刀具的幾何參數(shù)。刀具主偏角愈大，背向力愈小，愈不容易產(chǎn)生振動(dòng)。因此，適當(dāng)增大主偏角就可以消除和減小振動(dòng)；刀具后角太大，刀具就容易啃入工件，產(chǎn)生振動(dòng)，所以后角應(yīng)選得小一點(diǎn)。但也不能太小，以免刀具的主后面與加工表面之間發(fā)生摩擦，反而引起振動(dòng)，前角對(duì)振動(dòng)的影響最大，前角越大，切削刃越鋒利，切屑排出就越順利，切削過(guò)程越平穩(wěn)，但為保證刀尖強(qiáng)度，需在刀尖部位刃磨出負(fù)倒棱。

（3）提高工藝系統(tǒng)的剛性。首先，要提高工件系統(tǒng)的抗振性，裝夾工件時(shí)不要使工件伸出過(guò)長(zhǎng)，盡可能在接近切削處夾緊工件。加工剛度不足的工件，應(yīng)采用合理的中心架、跟刀架來(lái)增加工件的剛度。其次，要提高刀具系統(tǒng)的抗振性，加強(qiáng)刀桿剛度，減小刀具懸伸長(zhǎng)度，及時(shí)更換后刀面磨損過(guò)大的刀具。裝夾刀具時(shí)墊片要平實(shí)，厚度一致，保證刀桿垂直于工件的旋轉(zhuǎn)中心，加在刀桿上的力要均勻，避免刀桿受力不平衡彎曲而產(chǎn)生振動(dòng)。最后，要提高機(jī)床系統(tǒng)的抗振性，增強(qiáng)機(jī)床零部件的連接剛度，適當(dāng)預(yù)緊滾動(dòng)軸承，增大系統(tǒng)的阻尼等。

（作者單位：河南省駐馬店高級(jí)技工學(xué)校）