數(shù)控機(jī)床切削時(shí)振動(dòng)的消減方法探討

摘 要：在生產(chǎn)加工過(guò)程中，數(shù)控機(jī)床切削時(shí)難免會(huì)產(chǎn)生不同程度的振動(dòng)，其中包括有害振動(dòng)和可利用振動(dòng)。有害的振動(dòng)對(duì)加工工藝和工件的加工質(zhì)量以及數(shù)控機(jī)床壽命都有很大影響，而且還會(huì)影響生產(chǎn)效率。因此，減少數(shù)控機(jī)床振動(dòng)的產(chǎn)生，對(duì)控制產(chǎn)品的質(zhì)量非常關(guān)鍵。本文主要從機(jī)械加工的工藝層面對(duì)數(shù)控機(jī)床切削加工時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)的各種原因進(jìn)行歸納總結(jié)，分析了數(shù)控機(jī)床振動(dòng)對(duì)產(chǎn)品加工質(zhì)量造成的影響，并提出了有力的解決措施，在機(jī)械制造領(lǐng)域有一定的參考作用。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;振動(dòng);消減措施

隨著我國(guó)機(jī)床工業(yè)的飛速發(fā)展，機(jī)床的振動(dòng)問(wèn)題也就越來(lái)越引起人們的重視。機(jī)床在切削過(guò)程中振動(dòng)，最常見于車床，鏜床加工過(guò)程中，造成工件表面有顫紋，返工率、廢品率高，伴有震刀打刀現(xiàn)象，這樣會(huì)影響其工件的精度。機(jī)床工作時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，不僅會(huì)影響機(jī)床的動(dòng)態(tài)精度和被加工零件的質(zhì)量，而且還要降低生產(chǎn)效率和刀具的耐用度，振動(dòng)劇烈時(shí)甚至?xí)档蜋C(jī)床的使用性能，伴隨振動(dòng)所發(fā)出的噪音會(huì)影響機(jī)床工人的健康。

一、 數(shù)控機(jī)床切削加工振動(dòng)產(chǎn)生的原因

數(shù)控機(jī)床切削加工過(guò)程中所發(fā)生的振動(dòng)是非常復(fù)雜的，引起振動(dòng)的原因也是多方面的，主要有以下幾個(gè)方面：

（一） 操作人員的因素

機(jī)床操作人員業(yè)務(wù)水平不高，缺乏豐富實(shí)踐生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，部分技術(shù)人員責(zé)任心不強(qiáng)，設(shè)備維護(hù)水平低，缺乏正確使用和保養(yǎng)數(shù)控機(jī)床設(shè)備的意識(shí)。

（二） 機(jī)床的因素

一些廠家生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床自身的抗振性能較差，沒(méi)有具備生產(chǎn)加工所需要的系統(tǒng)剛性;數(shù)控機(jī)床零件加工和裝配質(zhì)量方面缺乏合理保養(yǎng)數(shù)控機(jī)床;數(shù)控機(jī)床活頂尖伸出過(guò)長(zhǎng)，軸承已受損而繼續(xù)切削等。

（三） 刀具的因素

刀具選用過(guò)程中沒(méi)有利用成型刀片進(jìn)行成形車削;刀具的角度特別是主偏角，后角，前角等誤差較大;刀刃的鋒利程度不夠;刀尖圓弧半徑過(guò)大;切削參數(shù)不合適等。這些因素會(huì)使刀具磨損加劇或引起切屑瘤、拉毛工件表面或出現(xiàn)打刀引起振動(dòng)而影響產(chǎn)品質(zhì)量。

（四） 環(huán)境因素

加工場(chǎng)地地面平整度不是很好，地腳螺絲沒(méi)有很好的接觸地面，導(dǎo)致振動(dòng)加大。

二、 數(shù)控機(jī)床切削加工產(chǎn)生振動(dòng)的分類

一般來(lái)說(shuō)，機(jī)床切削加工時(shí)所產(chǎn)生的振動(dòng)基本上有兩大類：

（一） 受迫振動(dòng)

受迫振動(dòng)是振動(dòng)系統(tǒng)在周期性的外力作用下，其所發(fā)生的振動(dòng)，這個(gè)周期性的外力稱為驅(qū)動(dòng)力，受迫振動(dòng)也稱強(qiáng)迫振動(dòng)。周期激勵(lì)是一種典型的經(jīng)常性激勵(lì)。

（二） 自激振動(dòng)

例如在車床、銑床和磨床上，經(jīng)常見到回轉(zhuǎn)主軸系統(tǒng)的受迫振動(dòng)，其頻率取決于回轉(zhuǎn)主軸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速（在銑削時(shí)還與銑刀的齒數(shù)有關(guān)）。在機(jī)床上發(fā)生的自激振動(dòng)類型較多，例如有回轉(zhuǎn)主軸（或與工件、或與刀具聯(lián)系）系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)或彎曲自激振動(dòng);機(jī)床床身、立柱、橫梁等支撐件的彎曲或扭擺自激振動(dòng);還有工作臺(tái)等移動(dòng)部件在低速運(yùn)行時(shí)所發(fā)生的張弛摩擦自激振動(dòng)（通稱爬行）等等。

三、 預(yù)防和減小振動(dòng)的措施

1. 提高操作人員的業(yè)務(wù)能力水平，安排具有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、責(zé)任心強(qiáng)的人員操作和保養(yǎng)數(shù)控機(jī)床設(shè)備，保證機(jī)床良好的潤(rùn)滑和正常運(yùn)行。

2. 提高數(shù)控機(jī)床自身的抗振性，合理提高機(jī)床系統(tǒng)剛度;車削細(xì)長(zhǎng)軸宜采用彈性頂尖及輔助支承來(lái)提高工件抗振性能;對(duì)數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)，要適當(dāng)減小軸承間隙，滾動(dòng)軸承應(yīng)施加適當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力以增加接觸剛度，提高數(shù)控機(jī)床的抗振性能;合理安排刀具和工件的相對(duì)位置。

3. 合理選擇刀具的材料和幾何角度，加工脆性材料可選用鎢鈷類硬質(zhì)合金刀具，加工塑性材料可選用鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金刀具。如鎢鈷類YG8和鎢鈷鈦類YT5，抗振性強(qiáng)，分別適用于鑄鐵、有色金屬和鋼件的粗加工;而YG3和YT15則適用于精加工。另外，刀具在切削過(guò)程中，還應(yīng)該合理選擇對(duì)振動(dòng)影響最大的主偏角、后角和前角。

4. 檢查活頂尖是不是伸出過(guò)長(zhǎng)，軸承是不是運(yùn)行良好;檢查尾架頂夾緊情況，夾緊條件下是不是左右里、上下里與機(jī)床主軸不同心;工件夾緊時(shí)，夾緊點(diǎn)要選在工件剛性好，且變形小的部位，以減小接觸變形，并且距工件承受切削力的位置越近越好，以減小工件受到力矩作用引起變形而產(chǎn)生振動(dòng)。

5. 在消除自激振動(dòng)的具體方法中，可以從調(diào)整機(jī)床、減小重疊系數(shù)、刀具與工件的相對(duì)位置、優(yōu)化刀具選擇及對(duì)切削用量進(jìn)行合理選擇等四個(gè)方面來(lái)進(jìn)行入手。減小重疊系數(shù)可以通過(guò)對(duì)刀具幾何形狀及切削用量的改變來(lái)進(jìn)行，這樣能夠使機(jī)械設(shè)備的切削加工更加穩(wěn)定。

6. 檢查地平，俗話說(shuō)大樓穩(wěn)不穩(wěn)要看根基下得好不好。機(jī)床也一樣，地腳螺絲水平如果沒(méi)調(diào)好，就會(huì)引起機(jī)床的共振。因?yàn)橛袝r(shí)加工場(chǎng)地地面平整度不是很好，所以要通過(guò)調(diào)節(jié)水平螺絲來(lái)讓機(jī)床達(dá)到一個(gè)適合的高度，檢查地腳每個(gè)螺絲是否落實(shí)到位、是否到地腳墊里;用水平儀打下前后、左右是否水平了，再鎖緊螺絲。

綜上所述，隨著我國(guó)生產(chǎn)技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)機(jī)床零件的制造精度和表面質(zhì)量提出了更高的要求，從而使機(jī)床振動(dòng)問(wèn)題的研究成為研制、生產(chǎn)和使用機(jī)床等部門必須面對(duì)的重大課題，研究機(jī)床振動(dòng)的目的在于探究機(jī)床振動(dòng)的原因，謀求防止和消除機(jī)床振動(dòng)的方法，以研制抗振性能更好的機(jī)床。

參考文獻(xiàn)：

[1]翟開定.機(jī)械振動(dòng)的消減方法探討[J].機(jī)械管理開發(fā)，2004，8（4）.

[2]許本文，焦群英.機(jī)械振動(dòng)與模態(tài)分析基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

作者簡(jiǎn)介：

李玉潔，貴州省黔南布依族苗族自治州，貴州省甕安縣中等職業(yè)學(xué)校。