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车床为何会产生振动?介绍几种消除措施

车床为何会产生振动?介绍几种消除措施

车削加工中常见的故障之一就是振动。当车床产生振动时,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,而且还会缩短机及刀具使用寿命。因此我们有必要采取一些措施来减小或者消除机床产生振动。

一、低频振动的主要特征

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。今天我们主要介绍一下在加工过程中由于工件系统变形及刀架系统变形而产生的低频振动的产生原因及其消除措施。

低频振动的主要特征是:①振动频率低(50~300Hz),振动时发出的噪音低沉;②在工件切削表面留下的痕迹深而宽;③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。

车床为何会产生振动?介绍几种消除措施

二、低频振动的产生原因

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:①切屑与刀具前刀面的摩擦力、②刀具在切入和退出工件时所遇到的金属硬化程度不同、③振动过程中刀具实际几何角度周期性改变、④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、⑤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。


三、低频振动的消除措施

(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。

主要采取下面4种措施。

①刀具主偏角(μr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。

②适当增大刀具前角,可减小Fy力,从而减弱振动。

③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。

④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。

⑤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:

①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。

②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。

③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。

④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。

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