普通車削加工中振動的危害與建議

劉冰

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

車削生產(chǎn)時，會伴隨著振動的出現(xiàn)，這不僅僅會對切削的過程有阻礙作用，同時，若振動嚴重，會降低工件的質(zhì)量，對機床、刀具的生命周期也有不可避免的影響，會降低其使用壽命。振動所發(fā)生的噪音還會對工人的情緒產(chǎn)生負面效果，不利于工作的正常開展。經(jīng)過在實際操作中的觀察、實踐等，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、科學性等介紹如下。

1 普車加工中振動的分類

在車削生產(chǎn)時，普車的剛性、刀具的性能、工件的大小等方面，都會有振動發(fā)生的可能。當下，自由、自激以及受迫振動這三種方式是呈現(xiàn)出振動的主要原因。

1.1 自由振動

因彈性力所導致的振動被稱為自由振動，其在車削生產(chǎn)時，車削力有了改變或者是外力對其有作用，最終致使本來的平衡狀態(tài)被破壞所出現(xiàn)的振動。自由振動的時間較短，消退迅速，其對零件的負作用不大，若對質(zhì)量的要求較低，這樣就可將自由振動所帶來的影響忽略不計。

1.2 自激振動

自激振動就是指：加工車床時，車床受到自身的激發(fā)，致使振動出現(xiàn)，該振動是不受外界影響的。這種振動是車床受力所產(chǎn)生的，同時，受力具有周期性，同樣具有周期性的還有激發(fā)以及衰退這兩個過程，這個過程的振動一直都有，因有周期性，能量會得到補給。工件自激所產(chǎn)生的振動帶來的噪聲不會很大，頻次約200Hz；刀具振動所帶來的噪聲很大，頻次在1000～5000Hz的范圍內(nèi)，以上提及到的振動，均可對工件的質(zhì)量有負作用。

1.3 受迫振動

該振動是指；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。周期性的激振力致使受迫振動出現(xiàn)，這樣的振動是不會有減弱的，振動的自身對激振力的改變是沒有影響的，外界激振力的頻率和受迫振動的頻率是一樣的，系統(tǒng)本身的頻率和它沒有關系。

2 普通車削出現(xiàn)振動的原因

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

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

低頻振動的產(chǎn)生是因為在切削時，刀具對工件的切削有間斷所導致的，刀具對工件有作用力，其方向是相反的，力的大小是相同的。當對工件切入的過程中，刀具會將切削力提上來，同時這會導致反作用力升高，系統(tǒng)對能量是輸出的；若在工件的切出時，工件所受到的切削力出現(xiàn)了降低，切削力對刀具是沒有什么作用的，系統(tǒng)對能量是輸入的。車削時，切削力的周期改變就和上面的要素有關，在各個周期變化中，比對消耗的能量和輸入的能量，前者大于后者，這樣，周期性的補充能量就會呈現(xiàn)出低頻率的自激振動。

2.2 因刀具的幾何角度和工件切削間所帶來的摩擦形成了高頻率的振動

以下幾方面的要素是高頻振動的主要原因：第一，摩擦力的影響，特別是在對有韌性的材料加工的過程中，開始切削的過程中，切削力和切削速度呈正相關，經(jīng)一段時間之后，切削的速度會隨著切削力的降低而降低。第二，粗加工的過程中，因之前的工件表面有痕跡的出現(xiàn)，這會對切削厚度的改變有影響，進而導致切削力呈現(xiàn)出周期性的改變，在振出的半個周期的范圍里，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。在對工件的切入（出）過程中，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，進而致使振動的產(chǎn)生，同時，在刀具振動時，對刀具的幾何角度同樣會有影響作用，對振動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，不但和切削的過程有著一定的聯(lián)系，還和工藝系統(tǒng)有著關系，對于振動而言，提出了與之相應的解決方法。

（1）為了將振動減緩，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?？捎靡韵聨追矫娴姆椒ǎ孩佘囅鲿r，振動大多數(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)，不應加快車削速度，若在高速或者是低速的這個范圍內(nèi)，就不容易出現(xiàn)自振了。②若切屑是寬的，還很薄時，盡可能的降低這樣的切削，要不然會有振動的情況出現(xiàn)。若條件允許，在控制振動時，可適當?shù)膶⑦M給量調(diào)大，切削的深度降低。③實時的調(diào)整刀具的前角γ，同樣對降低Fy有幫助，這樣會降低振動。若切削的速度相對較高，在影響振動方面，前角的效果不佳，因此，在高速的條件下，切削時可用負前角，這樣就不會有強烈的振動發(fā)生。一般情況下，會用雙前角的消振刀，對刀具以及切削的長度，可經(jīng)圖1中的f（寬度）管控，這樣會將切削力有效的降低，阻止振動的出現(xiàn)。當γ1>0時，代表著低速，相反，若時γ0＜0時，代表著高速，二者之間有15°的相差值，見圖1。④若切削的深度以及進給量保持不改變，主偏角K越來越大，F(xiàn)y會隨著降低。所以，調(diào)整刀具主偏角，令其增大，會將振動降低。⑤刀刃太過于鋒利，當在工件切入的過程中，這樣振動就易出現(xiàn)。若后角降低到2°～3°的范圍內(nèi)，振動的降低很顯著。若刀具的后面有負倒棱的出現(xiàn)，這對振動也有扼制的效果，見圖2。⑥若刀具出現(xiàn)了負剛度狀態(tài)，易“啃人”的工件同樣易出現(xiàn)振動狀態(tài)。所以，對刀架系統(tǒng)的負剛度而言，最大程度的阻止其出現(xiàn)，這會降低車削導致的振動的發(fā)生。

（2）低頻振動的原因當中不包含工件系統(tǒng)以及刀架系統(tǒng)的剛度，對降低振動的發(fā)生可經(jīng)以下幾方面完成：①在夾工件的時候，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，進而導致切削周期性的改變，致使振動發(fā)生。②在生產(chǎn)細長軸的過程中，為了提升切削的穩(wěn)固性，可用跟刀架及中心架。③車削時，需用有彈性的頂尖，這樣會阻止因頂力的原因形成工件的彎曲等，同時還要留心不可以過長的將尾座套筒懸伸。④對小刀架和中拖板這二者間的燕尾導軌的接觸狀況要時時的關注、查看，對斜鑲條的間隙要保持正確的位置，防止因刀架的移動導致爬行的狀況。此外，為了將系統(tǒng)的抗振特性提上來，可用刮研將表面聯(lián)結(jié)，提升剛度。⑤對主切削力的方向要合理設計，如在工件的反轉(zhuǎn)切削過程中，因剛度方向和切削力是保持一樣的，這會將穩(wěn)定性提上來。

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

圖1 雙前角消振刀具

圖2 負倒棱消振刀具

4 結(jié)語

還有很多的因素都會對車削生產(chǎn)中的振動有影響，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。

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