车削加工中振动产生原因及消除措施.pdf

车削加工中振动产生原因及消除措施 张文东1 刘 哲2 穆宏兵1 1 1 青铜峡铝厂第三电解分厂 宁夏 青铜峡 751603 21 兰州工业高等专科学校 机械工程系 甘肃 兰州 730050 摘 要 论述了普通车削加工中振动现象及产生原因 并从工件装夹 刀具刃磨 机床调整 切削用量选择等方面提出 相应的消除或减小振动的措施 关键词 车削加工 振动现象 振动原因 消除措施 中图分类号 TG51 文献标识码 A 文章编号 100724414 2002 0220021203 车削加工中产生振动时 工艺系统的正常切削过 程受到干扰和破坏 不仅严重恶化加工表面质量 缩 短机床及刀具使用寿命 而且会发出刺耳的噪音 影 响操作者身心健康 通常为了减小振动 不得不降低 削用量 从而降低了生产效率 所以 分析车削加工 中振动产生的原因并采取相应的措施来消除或减小 振动是非常必要的 1 车削加工中振动的主要类型及现象 消除机床回转组件和传动系统的振动后 车削振 动的主要类型是不随车削速度而改变的自激振动 主要是加工过程中工件系统变形及刀架系统变形而 产生的振动频率接近于工件自然频率的低频振动和 车刀的变形所产生的振动频率接近于车刀自然频率 的高频振动 低频振动的主要特征是 振动频率低 50 300Hz 振动时发出的噪音低沉 在工件切削 表面留下的痕迹深而宽 振动比较剧烈 常常使机 床部件 如尾座 刀架等 松动并使硬质合金刀片碎 裂 高频振动的主要特征是 振动频率高 500 5000Hz 振动产生噪音的调子很高 刺耳 在工件 切削表面留下的痕迹细而密 只是刀具本身在振 动 而工件及机床部件很平静 2 低频振动产生的原因及消除措施 1 3 车削中的低频振动时 通常工件系统和刀架系统 都在振动 但绝大部分情况下工件系统的振动较大 起着主导地位 它们时而相离 时而趋近 产生大小 相等方向相反的作用力和反作用力 在振动过程中 当工件与刀具作相离运动时 切削力F相离与工件位 移方向相同 所做之功为正值 如图 1 a 所示 当工 件趋近刀具时 切削力F趋近所做之功为负值 如图1 b 所示 车削过程中 切屑与刀具前刀面的摩擦 力 刀具在切入和退出工件时所遇到的金属硬化程 度不同 振动过程中刀具实际几何角度周期性改 变 振动时 刀具对工件相对运动轨迹是椭圆 因而 引起切削截面周期性变化 工件在前一转时振动所 留下的痕迹 引起了切削截面周期性变化 这5种情 况都可引起切削力周期性的变化 并使F相离 F趋近 这样 在每一振动周期中 切削力对工件 或刀具 所 做之正功总是大于它对工件 或刀具 所做之负功 从 而使工件 或刀具 获得了能量补充产生自激振动 a 相离时 b 趋近时 图1 以工件为分离体分析切削力与工件运动方向的原理图 实践表明 这类振动具有3个主要特点 并由此 提出了相应的消振措施 1 在低频振动时 主要是由于Y方向的振动引 起了切削力的变化 使得F相离 F趋近而产生了振动 因此 除了增加系统沿Y方向的刚度及阻尼外 设法 减少切削分力Fy以及任何阻止刀具 啃入 工件 即 阻止工件与刀具沿Y方向的相对位移 的因素 通常 都能减弱或消除振动 主要采取下面4种措施 刀具主偏角 r角 愈大 Fy力愈小 愈不容 易产生振动 因此 适当增大刀具主偏角 消除或减 小振动 适当增大刀具前角 可减小Fy力 从而减弱 振动 通常采用双前角消振刀 利用第1前面的宽度 12 第15卷 第2期 2002年6月 机械研究与应用 MECHANICAL RESEARCH APPLICATION Vol 15 No 2 2002206 收稿日期 2001209225 作者简介 张文东 19682 男 宁夏中卫人 工程师 主要从事设备维修及管理工作 f来控制刀具和切屑的接触长度 可显著减小切削 力 对抑制振动有良好的效果 第1前角 1可正可 负 低速时 1 0 高速时 1 0 1与 2之间相差 15 如图2所示 图2 双前角消振车刀 刀具后角太大或刀刃过分锋利 刀具易啃入工 件 容易产生振动 而当刀具适当钝化后 其后刀面 有阻止刀具 啃入 工件的作用 可减小或消除振动 因此 用油石使新刃磨的刀具稍微钝化 磨出圆弧过 渡刃 其半径r 0 5 2mm 振动大时取小值 或在 刀具上磨出卷屑槽 正刃倾角和后面磨出 5 10 宽度约0 1 0 3mm的倒棱 减小径向切削力抑制 振动 如图3所示 图3 具有消振作用的倒棱 车削时刀尖位置过低 低于工件中心 或在车 床上镗孔时刀尖位置过高 都会使得刀尖实际前角减 小而后角增大 容易产生振动 如图4所示 a 车外圆 b 镗孔 图4 刀具安置位置对振动的影响 刀架系统如果具有负刚度时 容易 啃入 工件 产生振动 因此 尽可能避免刀架系统的负刚度对车 削产生的振动 2 车削过程中产生宽而薄的切屑时 Y方向的 振动引起了切削力的变化 当切削截面宽而薄时 Y 方向的振动将引起切削截面积及切削力的剧烈变化 因此 在这种情况下极易产生振动 例如 在纵走刀 车削时 切深愈大 进给量愈大 主偏角愈小 则切削 截面就愈宽愈薄 愈容易产生振动 因此选择车削速 度时应避开出现切削力随速度下降的中速区 切削碳 素钢时 速度范围为30 50m min 同时减小车削背 吃力量 适当增大进给量和减小切削深度也有助于抑 制振动 3 工件系统和刀架系统的刚度不足是产生低 频振动的主要原因 可采取下面的措施消除或减小振 动 用三爪或四爪夹紧工件时尽可能使工件回转 中心和主轴回转中心的同轴度误差最小 避免工件倾 斜而断续切削或不均匀切削造成切削力的周期性变 化所产生的振动 加工细而长且容易变形弯曲产生振动的工件 时 采用弹性顶尖及辅助支承的同时加冷却液冷却减 小工件的热膨胀变形 装夹工件时 不要使工件伸出过长 对刚度不 足的工件 采用合理的中心架 跟刀架及顶尖等辅助 支承来增加工件的刚度 使用顶尖时 顶尖与顶尖锥孔应配合良好 避 免顶力太大造成工件弯曲或顶力太小起不到支承作 用使工件摆动 并注意尾座套筒悬伸不能过长 机床主轴轴承间隙直接影响主轴的旋转精度 和刚度 使用中如发现因轴承磨损致使间隙过大刚度 不足时 应调整轴承间隙并施加预紧力 以增大工件 系统的刚度消除振动 定期检查中拖板与大拖板 小刀架与中拖板之 间燕尾导轨的接触情况 调整斜镶条使其保持适当间 隙避免刀架移动时出现爬行 造成刀架系统的振动 每次转动方刀架使刀具转到所需位置时 应压 紧并固定方刀架 避免方刀架松动降低刀架系统刚度 产生振动 3 高频振动产生的原因及消除措施 高频振动主要是由于刀具后面与工件之间摩擦 的下降性能所引起的 消除或减小高频振动的措施主 要有 加强刀杆刚度 减小刀具悬伸长度 一般情况下刀具伸出长 度不超过刀杆高度的2倍 装夹刀具时 垫刀片应平实 厚度一致 保证刀 杆垂直于工件旋转中心 加压在刀杆上的力均匀 避 免刀杆受力不平衡弯曲产生振动 及时更换后刀面磨损过大的刀具 刀具高频自振时 宜提高转速和切削深度 以 提高切削温度 消除刀具后面摩擦力 下降的特性和 22 Vol 15 No 2 2002206 机械研究与应用 MECHANICAL RESEARCH APPLICATION 第15卷 第2期 2002年6月 由此引起的自振 但一般情况下切削速度不高于 1133 m s 使用具有消振作用的消振器和消振刀具 如采 用图5所示弹性刀杆 其切向刚度较高 不易产生刀 杆的弯曲高频振动 图5 弹性刀杆 4 结束语 根据车削过程中的振动现象认真分析产生振动 的原因 采取相应的消振措施后 切削过程中的振动 明显减小 大大提高了车削工件表面质量 刀具使用 寿命及劳动生产率 但还不能完全消除振动 因此 对车削过程中振动产生的机理 原因及相应的消除措 施还需作进一步的研究 参考文献 1 机械工程手册编辑委员会 1 机械工程手册 机械制造工艺 二 M 1 北京 机械工业出版社 19821 2 王启平 1 精密加工工艺学 M 1 哈尔滨 哈尔滨工业大学出版 社 19811 3 郑品森 刘文芳 1 机械制造工艺学 M 1 北京 中央广播电视大 学出版社 19871 上接第20页 2 制造阶段 对于制造过程的残留污染物 主要靠清洗和冲洗 加以清除 并在制造阶段进行全过程监控 如零部 件加工后即可根据清洁度验收水平的要求进行检查 尤其应对加工盲孔 蓄能器压力腔及管道内壁附着的 污染物进行彻底的清理 总装后再进行循环冲洗 以 彻底消除装配和试验跑合过程中产生的污染物以及 与油直接接触的元件表面的污染物 最后再将各接 口密封好 3 安装调试阶段 管道的制作 安装 酸洗及冲洗过程均需仔细操 作 认真检查 清理 尤其是切割 焊接后管子的管口 和管内壁都应彻底清理 避免残留毛刺 氧化皮及焊 渣 确认管内干净 无异物后再安装 除保证管道清 洁度外 还应彻底清洗系统油箱 在填充正式工作油 液时尽量采用滤油小车通过系统的循环过滤器加入 油箱 以避免油箱的潜伏污染物或加油时带入污染 物 4 使用维护阶段 对于工作中生成的污染物 主要靠过滤与分离加 以清除 但首先要提高维 检人员的污染控制意识 并采取一些措施来保证系统的清洁度要求 如规范 元件的检修程序 保持检修环境的清洁 定期取样化 验系统的油液清洁度 及时更换过滤器滤芯等 3 污染控制新技术 随着污染控制技术的发展 一些先进的污染控制 技术被应用在各个领域中 如系统油液的在线监测 技术 可更加全面地反映系统油液的劣化倾向 既能 随时检测系统油液的各种理化指标的变化 又能避免 因取样污染造成检测结果的误差 4 结语 通过在液压系统实行全面污染控制 可有效降低 因污染而造成的故障停机 并且通过定期 定量的分 析 可以对系统的污染控制情况进行全面的掌握 避 免维修的盲目性以及事后维修给系统带来的损害 使预知性维修有了理论依据 充分发挥点检定修的优 势 更加完善液压系统的全面污染控制 参