淺談數(shù)控車削中出現(xiàn)振紋的原因和解決方法

曹磊

摘要：針對數(shù)控加工中出現(xiàn)振紋的成因，本人根據(jù)實際加工經(jīng)驗，對其進行綜合分析，通過合理選擇切削用量、正確裝夾工件及刀具等措施，從而避免了振紋的產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：工件;刀具;切削用量;解決方法

中圖分類號：TG5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）08-0081-02

0? 引言

在數(shù)控車床加工中常出現(xiàn)振紋現(xiàn)象，這一種現(xiàn)象是一種不正常的加工現(xiàn)象。它給零件的美觀、精度、配合都帶來了很大的影響，從而也影響到了零件的經(jīng)濟性和使用壽命。那么振紋是怎么產(chǎn)生的？又該如何解決？筆者在學(xué)校學(xué)習(xí)過程中很注意這方面知識的搜集，經(jīng)過分析和實操，終于將這個問題搞清楚并解決了。以下是筆者在實際加工中碰到和解決的問題，并做了一些分析和總結(jié)。

1? 振紋出現(xiàn)的原因

筆者對零件在加工中出現(xiàn)振紋進行分析，找出引起振紋的原因，這樣才能采取相應(yīng)的措施來提高工件的使用壽命和經(jīng)濟性。引起零件振紋的因素很多，主要包括工件的材料及安裝、刀具的裝夾及磨損和切削用量的選擇等。

1.1 工件的材料及安裝

用于數(shù)控加工中的工件材料有很多，如鋼件、不銹鋼、鑄件、鑄鐵等，筆者用的是45號鋼，在以前加工中用同樣的材料沒有引起振紋，所以這就跟工件的材料沒有關(guān)系了。

數(shù)控車床的夾具主要是三爪卡盤，數(shù)控車床在裝夾時的注意事項：

①在工件安裝時，要依據(jù)材料切割剩余大小來對卡盤爪緊力、行程與直徑進行調(diào)節(jié)。如果有一定需求，可以在工件的尾部制定中心孔，利用頂部對其夾緊。

②工件必須保留相應(yīng)的夾持距離，其長短具有相應(yīng)的要求，必須依據(jù)工件的長度來確定夾持長度的具體長短。

③工件的中心點與主軸的中心點盡可能的重合。如果工件夾持位置需要進行加工，那必須將工件外圓包裹，防止加工過程中損壞外圓。

筆者在加工時這些都注意了，所以排除了工件安裝問題。

1.2 刀具的裝夾及磨損

裝刀是數(shù)控機床加工中極其重要并十分棘手的一項。刀具是否安裝完善，對切削能否順利完成造成直接影響，同時還會影響到工件質(zhì)量，所以，一定要保證刀具安裝正確，以下是主要重視和注意的幾個相關(guān)問題：

①安裝刀具之前，確保刀片與刀桿完整且干凈。

②刀桿在安裝上刀架之前，必須保證方向是正確的。伸出部分不宜過長，一般為刀桿厚度的1.5倍。長度過大，會降低刀桿的剛性，在切削過程中出現(xiàn)振動情況，嚴(yán)重影響加工工件的質(zhì)量。

③刀具安裝過程中，一定要將刀尖與主軸中心對其。車刀裝的太高，后角減小，后刀面與工件加劇摩擦。裝的太低，前角減小，切削不順利，會使刀尖崩碎。

④車刀刀桿軸線應(yīng)與軸線垂直，車刀安裝的歪斜，對主偏角、負(fù)偏角影響較大，特別是在車螺紋時，會使牙形半角產(chǎn)生誤差。

⑤如需墊片，車刀底面的墊片要平整，并盡可能用厚的墊片，以減少墊片數(shù)量。調(diào)整好刀尖高低后，至少要用兩個螺釘交替將車刀擰緊。

在車削時筆者用的是機夾刀，所以刀尖是等高與主軸回轉(zhuǎn)中心的，刀頭清潔度很好，墊片是一整體的，在檢查刀具時發(fā)現(xiàn)內(nèi)鏜孔刀的刀頭有些磨損。而磨損又可分為正常磨損和非正常磨損兩大類。

1）初期磨損階段。表面粗糙度不平，主后刀面與過渡表面接觸面積小，壓應(yīng)力集中于刃口，導(dǎo)致磨損速率大。

2）正常磨損階段。粗糙度表面被磨平，壓應(yīng)力減小。

3）劇烈磨損階段。磨損量VB達到一定限度后，摩擦力增大，切削力和切削溫度急劇上升，導(dǎo)致刀具迅速磨損面失去切削能力刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)以加工要求的主后刀面中間部分的平均磨損量VB允許達到的最大值作為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 切削用量的選擇

切削用量又稱切削要素，它是主運動和進給運動大小的參數(shù)。包括切削深度ap（背吃刀量）、進給速度vf（進給量f）、切削速度Vc（主軸轉(zhuǎn)速n）（在切削加工中又稱為三大參數(shù)）在金屬切削加工過程中要根據(jù)不同的刀具材料、工件材料、加工條件、加工精度及機床性能等綜合考慮選擇合理的切削用量。

1.3.1 確定切削的深度ap值

工件表面已經(jīng)加工和沒有加工之間的垂直距離稱之為切削深度，又稱背吃刀量，即每次進給車刀時車刀切入工件的深度。刀量ap依據(jù)具體機床、工件大小、刀具剛性來做出確定，剛度達到情況時，應(yīng)該讓背吃刀的定量與加工工件的余量相同，這樣能夠降低進給的數(shù)量，提升產(chǎn)量。如果對工件具有精度需求時，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)留出精車余量，其所留精車余量一般比普通車削時所留余量小，常取0.2-0.5mm。

1.3.2 切削速度Vc的確定

車削主軸的轉(zhuǎn)速n主要依據(jù)切削的速度與工件大小來確定的，計算公式為 V=∏dn/1000。切削是速度v使用單位是m/min，主要是取決于刀具的剛性，表1作為計算數(shù)據(jù)參數(shù)。對有級變速的車床說明書選擇與所計算轉(zhuǎn)速n接近的轉(zhuǎn)速。

1.3.3 進給速度Vf的確定

進給速度Vf是數(shù)控機床切削用量中的重要參數(shù)，其大小直接影響表面粗糙度值和車削效率。選擇適用的工具一般根據(jù)工件的質(zhì)量要求來選擇。機床的剛性限制了系統(tǒng)性能同時也限制了進給的速度。

進給速度在計算中，表2中具有進給量f的數(shù)據(jù)，依據(jù)計算公式Vf=nf得出進給的速度，決定進給速度的主要原因見以下幾點：

①保證工件滿足質(zhì)量需求時，想提升出產(chǎn)效率，將進給速度提升，通常提升到100-200mm/min之間。

②在對高速鋼進行切斷、深孔加工時，應(yīng)當(dāng)使用非常低的給進速度，通常選擇在20-50mm/min之間。

③工件精度要求比較高時，進給的速度必須減小，通常選擇在20-50mm/min之間。

④在刀具的空行程距離比較遠時，將機床進給速度設(shè)置到最大值。

注：1）加工具有沖擊和斷續(xù)的工件過程中，進給的量必須將系數(shù)與量相乘K=0.75-0.85。

2）處于無外皮工件加工過程中，表內(nèi)的進給量必須乘系數(shù)K=1.1。

3）對合金與耐熱鋼進行加工時，進給量不能超過1mm/r。

4）對淬硬鋼進行加工時，減少進給的量。剛度是44-55HRC時，乘系數(shù)等于K=0.8;剛度表示為57-62HRC時，乘系數(shù)K=0.5。

除了這幾個主要方面還可因為主軸或絲桿掛架有間隙，主軸剛性不足，振動，傳動不穩(wěn)等，有時機床幾何精度不好也可能出現(xiàn)振紋。

2? 振紋解決方法

在數(shù)控車加工時我們可以通過聽、看來辨別零件是否有振紋?！奥牎?，在加工中如果聽見“剛剛”“哧哧”或是有些刺耳的響聲，都有可能是零件出現(xiàn)振紋?！翱础?，零件有振紋時我們能明顯的看到類似于波紋形狀。

根據(jù)以上情況和分析，筆者增加安裝剛性、調(diào)整刀具、安裝位置、降低切削速度、縮短編程延長時間、提高刀桿強度和排削，結(jié)果很好的把振紋問題解決了。

3? 結(jié)束語

綜上所述，本人通過加工實操的一些體會，反映了影響工件振紋的因素，并由此采取相應(yīng)的有效措施來避免。只要我們在加工中正確的裝夾工件和刀具，選擇合理的切削用量，避免刀具刀頭磨損嚴(yán)重，那么，對工件使用壽命和經(jīng)濟性帶來很大損壞的振紋就可以大大減少。

參考文獻：

[1]韓鴻鸞.數(shù)控車工（技師、高級技師）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[2]李銀濤.數(shù)控車床高級工操作技能鑒定[M].北京：化學(xué)業(yè)出版社，2009.

[3]潘強，黃雪晴.淺談手自一體編程方式在數(shù)控車削中的應(yīng)用[J].內(nèi)燃機與配件，2019（15）：215-216.