03-50 数控车床振动产生的原因及解决方法.doc

数控车床振动产生的原因及解决方法杨 斌（肇庆科技职业技术学院，广东 肇庆 526114）摘 要：本文对数控车床的振动类型进行了分析，探究了其产生原因，并提出了相应的防振措施。关键词：数控车床；振动；解决方法The solution about cause of numerical control lathe emerge vibrationYangBinAbstract: The article analyse vibration of numerical control lathe ,study cause of emergence and present relevant measure of preventive vibration.Keyword: numerical control lathe; vibration; solution 作者简介：杨 斌（1970），男，天津人，职称：无，学位：硕士，研究方向：自动控制。数控车床在工作时产生振动，会直接影响到工件的加工品质，产生明显的表面振纹，粗糙度增大，工件表面品质恶化。振动严重时，甚至使切削加工无法继续进行，振动中产生的噪声，还将危害到操作者的身体健康。因此，我们应该了解数控车床产生振动的原因，掌握其中规律，并加以限制或消除。1 振动理论分析振动一般分为3种：即自由振动、强迫振动和自激振动。1.1 自由振动自由振动是物体受到初始激励（通常是一个脉冲）所引发的一种振动。这种振动靠初始激励，一次性获得振动能量，历程有限，一般不会对数控车床造成破坏。所以一般不考虑自由振动对数控车床的影响。1.2 强迫振动物体在持续周期变化的外力作用下产生的振动，称为强迫振动，如不平衡、不对中所引起的振动。强迫振动的力学模型如图1所示。 图1 强迫振动力学模型其运动方程为这是一个二阶常系数线性非齐次微分方程，其解由通解和特解两项组成，即：（通解，衰减自由振动）（特解，稳态强迫振动）如图2所示，衰减自由振动随时间的推移迅速消失，而强迫振动则不受阻尼的影响，是一种和激振力同频率的振动。由此可见，强迫振动过程，不仅与激振力的性质（激振频率和振幅）有关，而且与物体的自身固有的特性（质量、弹性刚度、阻尼）有关，这就是强迫振动的特点。 （a）（b）（a）强迫振动（b）衰减振动图2 强迫振时间波形1.3 自激振动自激振动是在没有外力作用下，由系统自身原因所产生的激励而引起的振动。自激振动是一种比较危险的振动，设备一旦发生自激振动，会使设备运行失去稳定性。2 强迫振动的产生原因及解决方法2.1主要原因（1）旋转零件质量偏心产生的离心力；（2）运动传递过程中传递零件误差；（3）切削过程中的间隙特性。2.2 解决方法（1）减少激振力。如精确平衡回转零部件，将电机转子、皮带轮和卡盘作静平衡试验，以提高装配精度。（2）提高工艺系统的刚度及阻尼。车床系统刚度和系统阻尼增加，可提高对振动的抵抗能力，亦可减少振动。（3）调节系统固有频率，避免共振的产生。在选择转速时，尽可能使旋转工件的频率远离机床有关原件的固有频率，避开共振区。（4）采用减振器或阻尼器。当上述方法无效时，可考虑使用阻尼器或减振器。3 自激振动产生的原因及解决方法3.1 产生原因在机械加工过程中，自激振动是由振动过程本身引起某种切削力的周期性变化，又由这个周期性变化的切削力，反过来加强和维持振动，是振动系统补充了由阻尼作用消耗的能量。当振动运动停止时，该交变力也就消失了。这种在金属切削过程中的自激振动，一般称为切削颤振。特别指出，自激振动发生的几率远远高于强迫振动。切削相对振动会降低工件已加工的表面品质，并影响刀具乃至机床的使用寿命。尤其现在高精度的数控车床的大量使用，由数控车床所保证的工件的高精度等指标，将会在颤振发生时变得毫无意义。3.2 解决方法3.2.1提高系统或夹具与工件的静态刚性（1）安装刀具时选取合适的中心高。车削内孔槽时，刀尖点理论上要求与孔的中心线一致，但实际上在安装刀具时刀尖点往往在中心线偏上0.1 mm左右，这主要是刀具在切削时，刀尖点由于受到反作用往往下偏移，因此要给其一个补偿量。（2）尽可能缩短刀杆的悬伸量以提高刀具的刚性。当刀杆受力时，会产生弯曲，会引发振动，且悬长越长，振动加剧。一般情况下，刀具伸出的长度不宜超过刀杆长度的23倍，这样可以大大提高细长刀杆的抗弯强度。3.2.2 合理选择刀具的几何参数刀具的几何参数主要有：刀具的前角、主偏角、后角等。前角对振动的影响较大，随着前角的的增大，振动幅度也会随之下降。但在切削速度较高时，前角对振动的影响将减弱。所以，高速切削时，即使用负前角的刀具，也不致产生强烈的振动。如果是主偏角增大，切削力将会减少，同时切削宽度也减小。随着主偏角的增大，振动幅度逐渐减小，但当角度大于90后，振动的幅度又会有所增大。对于后角的选择，可减小到23，此时振动有明显的减弱。也可以在刀具主后角上，磨出一段负倒棱角，能起到很好的消振作用。3.2.3 提高工件系统的抗振性提高工艺系统的抗振性，是控制和预防自激振动的重要措施之一。在工艺系统中，工件系统往往是易于发生振动的薄弱环节，因此提高工件系统的抗振性，是非常必要的。（1）尽可能在接近加工处夹紧工件，使切削力接近工件夹持处，减少切削力矩；（2）沿工件全长多夹几点，以减少工件在切削力作用下变形；（3）车削薄壁管时，管内灌水、油、石蜡或装砂，以提高工件系统的阻尼性能；（4）提高轴类工件顶尖孔的质量；（5）加工细长轴时采用中心架；（6）采用一种能在刀具和工件之间实现附加联系的装置，如使用跟刀架、跟刀架式刀夹以及浮动刀夹，用于镗刀杆的跟刀架式支撑，这些装置将明显提高系统的刚度和抗振性。4 结束语本文对数控车削过程中产生的振动原因和基本规律进行了分析，联系在实际工作中碰到切削问题，进行具体分析，抓住主要矛盾，采取有效的减振措施，可使切削加工中的振动现象明显减小，大大提高工件的表面品质和机床刀具的工艺能力。但是要完全消除振动现象，还需要进一步深入研究振动机理、寻找产生振动的原因及消除措施。总之，减小振动的方法和措施是多方面的，必须要具体分析。参考文献：1 师汉民. 机械振动系统M. 武汉：武汉科技大学出版社，20052 车琴香，朱国良. 车床在加