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車床為何會產生振動?介紹幾種消除措施

車削加工中常見的故障之一就是振動。當車床產生振動時,工藝系統的正常切削過程受到干擾和破壞,不僅嚴重惡化加工表面質量,而且還會縮短機及刀具使用壽命。因此我們有必要采取一些措施來減小或者消除機床產生振動。
一、低頻振動的主要特征
消除機床回轉組件和傳動系統的振動后,車削振動的主要類型是不隨車削速度而改變的自激振動。介紹一下在加工過程中由于工件系統變形及刀架系統變形而產生的低頻振動的產生原因及其消除措施。
低頻振動的主要特征是:
①振動頻率低(50~300Hz),振動時發出的噪音低沉;
②在工件切削表面留下的痕跡深而寬;
③振動比較劇烈,常常使機床部件(如尾座、刀架等)松動并使硬質合金刀片碎裂。
二、低頻振動的產生原因
車削中的低頻振動時,通常工件系統和刀架系統都在振動(但絕大部分情況下工件系統的振動較大,起著主導地位),它們時而相離,時而趨近,產生大小相等方向相反的作用力和反作用力。在振動過程中,當工件與刀具作相離運動時,切削力F相離與工件位移方向相同,所做之功為正值。當工件趨近刀具時,切削力F趨近所做之功為負值。
車削過程中:
①切屑與刀具前刀面的摩擦力;
②刀具在切入和退出工件時所遇到的金屬硬化程度不同;
③振動過程中刀具實際幾何角度周期性改變;
④振動時,刀具對工件相對運動軌跡是橢圓,因而引起切削截面周期性變化;
⑤工件在前一轉時振動所留下的痕跡,引起了切削截面周期性變化。
這5種情況都可引起切削力周期性的變化,并使F相離>F趨近。這樣,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)獲得了能量補充產生自激振動。
三、低頻振動的消除措施
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,使得F相離>F趨近而產生了振動。
主要采取下面4種措施。
①刀具主偏角(μr角)愈大,Fy力愈小,愈不容易產生振動。因此,適當增大刀具主偏角,消除或減小振動。
②適當增大刀具前角,可減小Fy力,從而減弱振動。
③刀具后角太大或刀刃過分鋒利,刀具易啃入工件,容易產生振動。而當刀具適當鈍化后,其后刀面有阻止刀具“啃入”工件的作用,可減小或消除振動。
④車削時刀尖位置過低(低于工件中心)或在車床上鏜孔時刀尖位置過高,都會使得刀尖實際前角減小而后角增大,容易產生振動。
⑤刀架系統如果具有負剛度時,容易“啃入”工件產生振動。因此,盡可能避免刀架系統的負剛度對車削產生的振動。
車削過程中產生寬而薄的切屑時,Y方向的振動引起了切削力的變化,當切削截面寬而薄時,Y方向的振動將引起切削截面積及切削力的劇烈變化。因此,在這種情況下極易產生振動。例如:在縱走刀車削時,切深愈大,進給量愈大,主偏角愈小,則切削截面就愈寬愈薄,愈容易產生振動。因此選擇車削速度時應避開出現切削力隨速度下降的中速區(切削碳素鋼時,速度范圍為30~50m/min),同時減小車削背吃力量,適當增大進給量和減小切削深度也有助于抑制振動。
工件系統和刀架系統的剛度不足是產生低頻振動的主要原因,可采取下面的措施消除或減小振動:
①用三爪或四爪夾緊工件時盡可能使工件回轉中心和主軸回轉中心的同軸度誤差最小,避免工件傾斜而斷續切削或不均勻切削造成切削力的周期性變化所產生的振動。
②加工細而長且容易變形彎曲產生振動的工件時,采用彈性頂尖及輔助支承的同時加冷卻液冷卻減小工件的熱膨脹變形。
③裝夾工件時,不要使工件伸出過長。對剛度不足的工件,采用合理的中心架、跟刀架及頂尖等輔助支承來增加工件的剛度。
④使用頂尖時,頂尖與頂尖錐孔應配合良好,避免頂力太大造成工件彎曲或頂力太小起不到支承作用使工件擺動,并注意尾座套筒懸伸不能過長。
⑤機床主軸軸承間隙直接影響主軸的旋轉精度和剛度,使用中如發現因軸承磨損致使間隙過大剛度不足時,應調整軸承間隙并施加預緊力,以增大工件系統的剛度消除振動。
⑥定期檢查中拖板與大拖板、小刀架與中拖板之間燕尾導軌的接觸情況,調整斜鑲條使其保持適當間隙避免刀架移動時出現爬行,造成刀架系統的振動。
⑦每次轉動方刀架使刀具轉到所需位置時,應壓緊并固定方刀架,避免方刀架松動降低刀架系統剛度產生振動。

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