中級工程師論文評審車削加工中的振動

　　本篇文章是由《電子工業專用設備》發表的一篇電子機械論文，本刊主要面對國內外從事電子專用設備研究、設計、制造及應用領域的科學工作者、工程技術人員、大專院校師生及管理干部等。其宗旨是：堅持四項基本原則、貫徹“雙百”方針，報導國內外電子專用設備在科研、生產中具有先進水平的科研成果，學術動態等。

　　【摘要】在機械加工中產生的振動都具有受迫振動和自激振動，與機床、夾具、刀具和工件組成的工藝系統的動態特性有關。詳細分析了車削加工中振動的主要類型及產生的原因、振動的危害，并從刀具、夾具、切削工藝等方面提出了減小或消除振動的措施。

　　【關鍵詞】車削低頻振動;高頻振動;消除措施

　　【Abstract】In the machine process creation of vibration all have is forced a vibration and from arouse vibration, and tool machine, tongs, knife and work piece the dynamic state characteristic of craft system for constitute relevant.Detailed analysis the car pare to process medium vibration of main type and creation of reason, vibration of endanger, and from the knife, tongs, sliced to pare craft’s etc. to put forward to let up or cancellation vibration of measure.

　　【Key words】The car pare low frequency vibration;High frequency vibration;Cancellation measure

　　前言

　　在車削過程中產生的振動，不僅干擾了正常的切削過程，嚴重影響了加工件的表面質量，還會縮短機床及刀具使用壽命。由此產生的噪音甚至可能影響到操作者工作情緒，對正常工作的開展帶來一定負面影響;而為了減少振動，往往不得不減少加工時的進刀量，從而降低了生產率。本人通過在工作中對這一現象不斷觀察、分析、實踐、總結，取得了一些效果，現提出一些看法供大家探討。

　　1. 振動的分類一般來講，在機械加工中產生的振動都具有受迫振動和自激振動，與機床、夾具、刀具和工件組成的工藝系統的動態特性有關。在消除機床回轉組件(如電機、工件、旋轉軸等)和傳動系統(如皮帶輪、滾動軸承、液壓傳動系統的壓力脈沖等)的振動后，車削加工中的振動主要是不隨車削速度變化的自激振動，主要是車削過程中工件系統的彎曲振動(其頻率接近工件的固有頻率的低頻振動)和車刀的變形產生的彎曲振動(其振動頻率接近車刀的固有頻率的高頻振動)。

　　2. 振動原因分析低頻振動的振動頻率較低，通常發出的噪音比較低沉，振動較為劇烈，在加工表面留下的振動痕跡深而寬。在低頻振動時通常工件系統和刀架系統都在振動，它們時而趨遠，時而趨近，產生大小相等方向相反的作用和反作用力。在振動過程中，當工件與刀具趨遠時，切削力F趨遠與工件位移方向相同，所做之功為正值，系統獲得輸入能量E(+)，當工件趨近刀具時，切削力F趨近與工件位移方向相反，所做之功為負值，系統消耗能量E(-)，在車削過程中，由于各種因素的影響都可能引起切削力周期性的變化，并使F趨遠>F趨近，E(+)>E(-)，即在每一振動周期中，切削力對工件(或刀具)所做之正功總是大于它對工件(或刀具)所做之負功，從而使工件(或刀具)獲得能量補充產生自激振動。

　　在車削過程中，影響切削力周期性地變化，并使F退出>F切人的情況有以下幾個因素：

　　2.1切削與刀具相對運動產生的摩擦力。在加工韌性鋼材時徑向切削分力F開始隨切削速度的增加而增大，自某一速度開始，隨切削速度的增加而下降。據切削原理可知，徑向切削分力Fv主要取決于切削與刀具相對運動產生的摩擦力，即切削與刀具前刀面的摩擦力。摩擦力具有隨摩擦速度的增加而下降的特性，即負摩擦特性。在機械系統中，具有負摩擦特性的系統容易激發切削振動。

　　2.2再生切削時因工件在前一轉時振動留下的痕跡引起切削厚度周期性的變化，從而影響切削力的周期變化。一般說，后轉(后次)切削的振紋相對于前轉(前次)切削的振紋總不同步，它們在相位上總有一個差值φ，在一個振動周期中，對振紋曲線Yn =Ycosωt，Y n(t)在相位上滯后于前次的Yn-1(t)即0<φ<π的情況，可以看出，在振出的半周期中的平均切削厚度大于振人的半周期中的平均切削厚度，于是振出時的切削力所做的功大于振人時切削力所做的負功，系統就會有能量輸人，振動就有可能得以維持。于是Yn比Yn-1超前φ的情況，則正好和滯后時的情況相反。

　　2.3振動時，刀尖相對運動的軌跡是一個形狀和位置都不十分穩定的，封閉的近似橢圓。這種情況在車削螺紋或用寬刃刀(刃寬小于螺距)車削方牙螺紋的外圓時易產生，這時后一轉的切削與前一轉切削表面完全沒有重疊。因橢圓軌跡隨相位差變化而變化，從而引起切削面周期性變化，最終引起切削力周期性的變化。

　　2.4刀具在切人和退出工件時所遇到的金屬硬化程度不同，從而使切削力在變化。除此以外，振動過程中刀具實際幾何角度周期性改變也會引起切削力的周期性變化。

　　3. 消振措施由上面的分析可知，系統是否發生切削顫振，既與切削過程有關，又與工藝系統的結構剛度有關，針對振動的特點，特提出相應的消振措施。

　　3.1在低頻振動時，主要是由于Y方向的振動引起了切削力的變化，便得F趨遠> F趨近，而產生了振動。因此，除了增加系統沿Y方向的剛度及阻尼外，設法減少切削分力Fy及任何阻止工件與刀具沿Y方向的相對位移的因素，通常都能減弱或消除振動。主要可采取下面幾種措施：