车削中振动产生原因及消除措施

2023-11-13 10:24:17 浏览数 (1)

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一、产生振动的原因

1、后刀面与切屑之间的摩擦问题

高频振动产生的原因是在某速度区段内,刀具的后刀面与切屑之间发生磨擦产生,使切削力Fy随切削速度V的增加而减小,造成切削力F振出大于切削力F振入。使F切出大于F切入的情况有以下几个因素:

第一,切削与刀具相对运动产生的摩擦力。在机械系统中,具有负摩擦特性的系统容易激发切削振动。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。

第二,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0φπ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。

第三,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。出现“乱牙”现象。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。第四,刀具在切入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。刀具在振动过程中实际几何角度周期性改变也会引起切削力的周期性变化。

2、低频振动是工件系统和刀架系统都在振动

它们一会隔远,一会靠近,在这过程中产生大小相等方向相反的作用和反作用力。当工件远离刀具时,切削力F与工件位移方向相同,所做的功为正值,系统获得输入能量E( ),当工件靠近刀具时,切削力F与工件位移方向相反,所做的功为负值,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,并使切削力F忽远忽近,系统获得的能量E( )或E(-),即在每一振动周期中,切削力对工件(或刀具)所做的正功总是大于它对工件(或刀具)所做的负功,从而使工件(或刀具)获得能量补充产生自激振动。

二、相应的消振措施

由上面的分析可知,系统是否发生切削振动,既与切削过程有关,又与工艺系统的结构刚度有关。低频振动主要是由于Y方向的振动引起了切削力的变化,便得切削力F忽远忽近,而产生了振动。因此,除了增加系统沿Y方向的刚度外,设法减少切削分力Fy,阻止工件与刀具沿Y方向的相对位移,通常都能减弱或消除振动。主要可采取下面几种措施:

1、合理选择切削用量

车削时,进给量f增大,自振强度下降。切削宽度blim越宽,进给量f越高。在条件允许下应加大进给量f。切削深度ap与切削宽度b的关系为b=ap/sinf(f为主偏角),即切削深度ap越大,切削宽度b越大,越会产生振动。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(v=30~70m/min)在高速或低速范围进行切削,自振不易产生。

2、改进切削工艺

在许可的情况下,选择有足够刚度、足够电机功率的机床。宽而薄的切屑的切削,极易产生振动,应尽量避免。纵走刀切削时,切削越深,进给量越大,主偏角越小,切削面就越宽越薄,越容易产生振动。通常采取的措施是减小背吃刀量,增大进给量和减小切削深度。切削力的方向与系统最大刚度方向趋于一致会提高系统的稳定性,合理安排主切削力的方向,能减小振动。

3、合理选择并安装刀具(几何角度)

在切削速度较高的范围内,前角对振动的影响将减弱,所以高速下采用负前角切削,不会产生强烈的振动。在相同切削速度v时,前角g增大,切削力减小,振幅也减小。当增大刀具前角γ可减小Fy力,从而减小振动。当切削深度和进给量不变时,随着主偏角Kγ增大,切削分力Fy减少。因此,适当增大刀具主偏角,可以消除或减小振动。通常采用消振双前角刀如图4,利用第1前面的宽度f来控制刀具和切屑的接触长度,减小切削力,从而减小振动。第一前角可正可负,低速时第一前角>0,高速时第一前角<0,第一前角与第二前角之间相差15°。

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