淺談減小機械加工振動的措施

宋麗群

摘 要 在機械加工中產(chǎn)生的振動都具有強迫振動和自激振動，這與機床、夾具、刀具和工件組成的工藝系統(tǒng)有關(guān)。本文詳細分析了車削加工中振動產(chǎn)生的原因，并從刀具、夾具、切削工藝等方面提出了減小振動的措施。

關(guān)鍵詞 自激振動 強迫振動 消振措施

中圖分類號：GTH113.1 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2014）10-0042-02

現(xiàn)代人對生活品質(zhì)要求越來越高，所以對使用的零件產(chǎn)品要求也越來越高。而在零件的加工過程中即使是機床的小小震動都會影響零件的使用要求。在車削加工中產(chǎn)生的振動，不但影響被加工件的表面質(zhì)量，還會縮短機床及刀具使用壽命。而且產(chǎn)生的噪音可能會影響操作者工作情緒，對正常工作帶來一定負面影響；而為了減少振動，往往不得不減少加工時的進刀量，從而降低了生產(chǎn)率。所以，研究機械振動問題對機器的使用和設計都具有極其重要的實際意義。

一、振動原因分析

1.自激振動

我們把車削過程中出現(xiàn)的在沒有外力作用下，由系統(tǒng)內(nèi)部激發(fā)及反饋的相互作用而產(chǎn)生的周期性振動視作為自激振動，其主要原因是加工過程中工件及刀架系統(tǒng)變形產(chǎn)生低頻振動以及車刀的變形產(chǎn)生的高頻振動。這類振動常常使硬質(zhì)合金刀片碎裂并使機床尾座、刀架松動，且在工件切削表面留下較細密的痕跡。

2.強迫振動

由外界持續(xù)激振力引起的，并且在車削過程中始終作相應的維持的振動稱為強迫振動。其主要原因是電機、工件、軸承及機床夾具的偏心量產(chǎn)生的離心慣性力引起的振動和機床中的傳動機構(gòu)在制造和裝配過程存在的缺陷引起的振動。這種振動一般不會自行進行衰減，反而會逐漸引起機床的共振，對加工過程會產(chǎn)生許多不必要的影響。

二、防止和消振措施

1.系統(tǒng)發(fā)生低頻振動時，主要是由于Y方向的振動引起了切削力的變化，便得F趨遠>F趨近，而產(chǎn)生了振動。針對振動的特點，提出相應的消振措施：

（1）減小切削速度，增大主偏角、前角。車削時，一般當v=30～70m/min速度范圍內(nèi)，容易產(chǎn)生振動，因此選擇車削速度時應避開出現(xiàn)切削力隨速度下降的中速區(qū)，在高速或低速范圍進行切削，自振不易產(chǎn)生。適當增大刀具前角€%＼和主偏角K€%＼，切削分力Fy會減小。因此，適當增大刀具主偏角和采用雙前角消振刀，會增加副切削刃與已加工表面的接觸長度，提高刀具耐用度，減小表面粗糙度值，可以消除或減小振動。

（2）當切削深度和進給量不變時，適當減小刀具的后角；在后刀面上磨出消振棱；適當使刀尖高于（車外圓）、低于（樘內(nèi)孔）工件中心線，以獲得小的工作后角，可以減小徑向切削力和抑制振動。其特點是刀尖不易切入金屬，且后角小，有減振作用，切削時穩(wěn)定性好。

（3）要避免寬而薄切屑的切削，不然很容易產(chǎn)生振動。在工件表面粗糙度參考值要求較低，機床有足夠的剛度，足夠的電機功率時等情況下，適當增大進給量和減小切削深度也有助于抑制振動。

（4）在車削時采用彈性頂尖而不采用死頂尖，避免頂力過大造成工件彎曲或頂力大小起不到支承作用使工件擺動，并注意尾座套筒懸伸不能過長。

（5）用三爪或四爪夾緊工件時盡可能使工件回轉(zhuǎn)中心和主軸回轉(zhuǎn)中心的同軸度誤差最小，避免工件傾斜而斷續(xù)切削或不均勻切削造成切削力的周期性變化所產(chǎn)生的振動。

（6）定期檢查中拖板和大拖板、小刀架與中拖板之間燕尾導軌的接觸情況，調(diào)整好斜鑲條間隙，避免刀架移動時出現(xiàn)爬行。

2.高頻振動振動頻率很高，產(chǎn)生的噪音尖銳刺耳，車削時，由于工藝系統(tǒng)的振動，在加工件表面留下的痕跡細而密。從以下幾個方面加以防止：

刀具是產(chǎn)生振紋的主要原因。主要由于后刀面磨損較大，刀具后面與工件之間摩擦的下降性能引起的。要合理選擇刀具幾何參數(shù)，經(jīng)常保持切削刃光潔﹑鋒利。增加刀柄的截面積，減小車刀懸伸長度。加強車刀及刀桿的抗彎剛度，及時更換后刀面磨損較大的刀具。裝刀具時，應保證刀桿與工件旋轉(zhuǎn)中心垂直，緊固時要施力均勻，避免刀桿受力不平衡而彎曲產(chǎn)生振動。

工件方面增加工件的安裝剛性，例如將裝夾工件懸伸長度盡量縮短，只要滿足加工需要即可。

切削用量方面選用較小的切削深度和進給量。

3.強迫振動消除方法：

（1）減少激振力，主要是消除或降低不平衡引起的離心慣力及斷續(xù)車削時的沖擊力。提高機件的加工，裝配質(zhì)量，改變運行條件。

（2）增加阻尼和提高工藝系統(tǒng)剛性，這是防止振動的積極措施，有些部件可嘗試剛性軟接觸，消除表面不連續(xù)，加工余量不均勻，工件不平衡等周期切削沖擊力，配以阻尼器及減振裝置消振，常用的隔振材料及隔振器有橡膠隔振器、泡沫橡膠、毛粘等。

（3）提高傳動裝置的穩(wěn)定性，如在車床或磨床上采用少接頭、無接頭皮帶，傳動皮帶應選擇長短一致。用斜齒輪代替直齒輪，在主軸上安裝飛輪等。

（4）其它輔助措施，如：改變裝夾工件的方法，改變進刀方向，使用中心架、跟刀架等方法來達到防止消振的目的。

通過這一系列針對機械加工過程中產(chǎn)生的不同振動，在分析產(chǎn)生振動的原因后采取相應的措施，可明顯減小車削過程中的振動，提高了工件表面質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率，延長了刀具的使用壽命。

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