剖析车削加工振动的分类以及振动原因
在车削过程中产生的振动，不仅干扰了正常的切削过程，严重影响了加工件的表面质量，还会缩短机床及刀具使用寿命。由此产生的噪音甚至可能影响到操作者工作情绪，对正常工作的开展带来一定负面影响；而为了减少振动，往往不得不减少加工时的进刀量，从而降低了生产率。本人通过在工作中对这一现象不断观察、分析、实践、总结，取得了一些效果，现提出一些看法供大家探讨。 一、振动的分类 一般来讲，在机械加工中产生的振动都具有受迫振动和自激振动，与机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的动态特性有关。在消除机床回转组件(如电机、工件、旋转轴等)和传动系统(如皮带轮、滚动轴承、液压传动系统的压力脉冲等)的振动后，车削加工中的振动主要是不随车削速度变化的自激振动，主要是车削过程中工件系统的弯曲振动(其频率接近工件的固有频率的低频振动)和车刀的变形产生的弯曲振动(其振动频率接近车刀的固有频率的高频振动)。 二、振动原因 分析低频振动的振动频率较低，通常发出的噪音比较低沉，振动较为剧烈，在加工表面留下的振动痕迹深而宽。在低频振动时通常工件系统和刀架系统都在振动，它们时而趋远，时而趋近，产生大小相等方向相反的作用和反作用力。在振动过程中，当工件与刀具趋远时，切削力F趋远与工件位移方向相同，所做之功为正值，系统获得输入能量E(+)，当工件趋近刀具时，切削力F趋近与工件位移方向相反，所做之功为负值，系统消耗能量E(-)，在车削过程中，由于各种因素的影响都可能引起切削力周期性的变化，并使F趋远>F趋近，E(+)>E(-)，即在每一振动周期中，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)获得能量补充产生自激振动。在车削过程中，影响切削力周期性地变化，并使F退出>F切人的情况有以下几个因素： 1、切削与刀具相对运动产生的摩擦力。在加工韧性钢材时径向切削分力F开始随切削速度的增加而增大，自某一速度开始，随切削速度的增加而下降。据切削原理可知，径向切削分力Fv主要取决于切削与刀具相对运动产生的摩擦力，即切削与刀具前刀面的摩擦力。摩擦力具有随摩擦速度的增加而下降的特性，即负摩擦特性。在机械系统中，具有负摩擦特性的系统容易激发切削振动。 2、再生切削时因工件在前一转时振动留下的痕迹引起切削厚度周期性的变化，从而影响切削力的周期变化。一般说，后转(后次)切削的振纹相对于前转(前次)切削的振纹总不同步，它们在相位上总有一个差值φ，在一个振动周期中，对振纹曲线Yn=Ycosωt，Yn(t)在相位上滞后于前次的Yn-1(t)即0<φ<π的情况，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，于是振出时的切削力所做的功大于振人时切削力所做的负功，系统就会有能量输人，振动就有可能得以维持。于是Yn比Yn-1超前φ的情况，则正好和滞后时的情况相反。 3、振动时，刀尖相对运动的轨迹是一个形状和位置都不十分稳定的，封闭的近似椭圆。这种情况在车削螺纹或用宽刃刀(刃宽小于螺距)车削方牙螺纹的外圆时易产生，这时后一转的切削与前一转切削表面完全没有重叠。因椭圆轨迹随相位差变化而变化，从而引起切削面周期性变化，最终引起切削力周期性的变化。 4、刀具在切人和退出工件时所遇到的金属硬化程度不同，从而使切削力在变化。除此以外，振动过程中刀具实际几何角度周期性改变也会引起切削力的周期性变化。
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