機械加工工程的切削技術(shù)和切削顫振的分析

摘 要：機械制造是我國國民經(jīng)濟中的重要組成部分，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。尤其是機械和電機、電子等現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)中，金屬切削更突顯它的重要意義。文章將對機械加工中的切削技術(shù)進行研究，并對其中的切削顫振做了一定的分析。

關(guān)鍵詞：機械制造；電機設(shè)備；金屬切削

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，各行各業(yè)都突飛猛進，機械制造業(yè)作為國民經(jīng)濟的重要組成部分，更不能被人們忽視。各種施工活動過程都離不開工具，自古以來，人們對待工具就很重視，無論是工具的設(shè)計、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械加工中的機床設(shè)施，又涵蓋了在機床工作時必要的切削刀具。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。刀具是整個切削技術(shù)發(fā)展歷程的重要標志，它的革新是刀具行業(yè)進步的里程碑。

1 機床切削加工在生活中的重要作用與刀具的使用

機械行業(yè)中的刀削技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展是整個機械行業(yè)和切削行業(yè)中具有標志性的一件大事。零件的加工和改造是機械行業(yè)的核心大事，通常來說，機械零件的加工有成形制作和加工制作這兩種方式。在初級的制作時，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；當初級產(chǎn)品進行深加工時就會使用刀削技術(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)量的好壞與機床的生產(chǎn)效率的高低直接相關(guān)，刀具不會將直接影響到機械行業(yè)的工作效率和產(chǎn)成品的合格率，而且影響相關(guān)的機械企業(yè)的經(jīng)濟效益和企業(yè)的生存，以及整個社會的就業(yè)率和安定有序。金屬的切削是對金屬零件的精細加工，是用刀具對工件表面上多出的材料進行加工的過程，使材料最后達到預(yù)期目標，如獲得想要的幾何形狀和精細的尺寸，提高表面質(zhì)量等。值得關(guān)注的核心問題是對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

在機械加工過程中，由于振顫的存在和影響，通常會對工作人員的聽覺造成一定的危害，還會給工人帶來疲勞，直接導(dǎo)致工作效率的下降。機床振動又是機床零件掉落或破損的主要因素，機床零件一旦疲勞其安全保障度就直線下滑。機床振動還將會影響被加工產(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引起的刀具和機床工件之間，以及各自內(nèi)部的振動叫做“顫振”，切削顫振的類型很多，在機床上面發(fā)生的自激振動類型又較為普遍，如回轉(zhuǎn)主軸系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)或者彎曲自激振動；機床床身、立柱、橫梁等支撐件的彎曲或扭擺自激振動；切屑形成的周期性引起的顫振和整臺機床的搖晃。

影響機械產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)問題是顫振是指機械加工過程中出現(xiàn)的不可能完全避免的一種輕微的顫動。其中，振顫是影響機床行業(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床上時，會影響刀具的質(zhì)量從而減少機床的使用壽命。所以，為了減少顫振帶來的不利的影響，必須改進相應(yīng)的技術(shù)用來監(jiān)督和檢測顫振的頻率和分類。由于很長一段時間以來，機械行業(yè)的噪音主要來自顫振，噪聲污染嚴重而且危害很大，影響周圍居民的正常生活，影響社會的長治久安。另外，從企業(yè)角度出發(fā)，顫振的出現(xiàn)和存在會降低產(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，也會經(jīng)常出現(xiàn)振動，如在螺紋切削時，后轉(zhuǎn)和前轉(zhuǎn)的氣息一旦沒有出現(xiàn)交叉場景，這是機械加工過程就容易出現(xiàn)顫振現(xiàn)象。又因為刀具的頭部和機床的工作面相交的軌跡是橢圓，通常來說，振顫會發(fā)生在兩個方向，一旦方向上存在的工作強度和剛度趨同時，原有的振動便會重合，從而引起劇烈的顫振。針對以上問題提出了機床設(shè)計時要考慮的問題就是高效配備各部件對應(yīng)不同方向上的剛度。

通過切削顫振理論和現(xiàn)象的研究，可以加深人們對切削顫振的認識，以發(fā)展有關(guān)的理論和技術(shù)，進而促進整個機械工程的發(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)的利潤空間，進而為資源節(jié)約型社會的建設(shè)提供條件，創(chuàng)造和諧、安定、有序的新社會。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，能夠促進社會的經(jīng)濟效益得到最大程度的提高。

由于機床整體結(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)量較大的兩個因素。所以，我們可以具體問題具體分析，對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到光滑的要求。

（3）在加工方法方面的建議

掌握振顫是使機械加工中心的響應(yīng)性提到最高。但是振顫不是機床的缺陷；它是物理缺陷。每個主軸、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。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，可能不會使刀具或機床變形。在很多加工過程中，加工應(yīng)該由刀具強度和機床動力決定時，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)實際要求，謹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進一步增加。特別是針對腐蝕性很強的零件，其影響更為嚴重。為此，應(yīng)盡可能在機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)實踐中的應(yīng)用，提高了機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)，機械加工中切削技術(shù)和切削顫振問題既是對專業(yè)工作人員的基本要求，也是進一步完善管理方面的有效手段。因此，為提高機械的使用壽命，確保高質(zhì)量完成零件加工，就要不斷完善切削技術(shù)，減少機械的切削顫振發(fā)生。