数控机床切削时振动的消减方法探讨

作者:未知

  摘 要:在生产加工过程中,数控机床切削时难免会产生不同程度的振动,其中包括有害振动和可利用振动。有害的振动对加工工艺和工件的加工质量以及数控机床寿命都有很大影响,而且还会影响生产效率。因此,减少数控机床振动的产生,对控制产品的质量非常关键。本文主要从机械加工的工艺层面对数控机床切削加工时产生振动的各种原因进行归纳总结,分析了数控机床振动对产品加工质量造成的影响,并提出了有力的解决措施,在机械制造领域有一定的参考作用。
  关键词:数控机床;振动;消减措施
  随着我国机床工业的飞速发展,机床的振动问题也就越来越引起人们的重视。机床在切削过程中振动,最常见于车床,镗床加工过程中,造成工件表面有颤纹,返工率、废品率高,伴有震刀打刀现象,这样会影响其工件的精度。机床工作时产生的振动,不仅会影响机床的动态精度和被加工零件的质量,而且还要降低生产效率和刀具的耐用度,振动剧烈时甚至会降低机床的使用性能,伴随振动所发出的噪音会影响机床工人的健康。
  一、 数控机床切削加工振动产生的原因
  数控机床切削加工过程中所发生的振动是非常复杂的,引起振动的原因也是多方面的,主要有以下几个方面:
  (一) 操作人员的因素
  机床操作人员业务水平不高,缺乏丰富实践生产经验,部分技术人员责任心不强,设备维护水平低,缺乏正确使用和保养数控机床设备的意识。
  (二) 机床的因素
  一些厂家生产的数控机床自身的抗振性能较差,没有具备生产加工所需要的系統刚性;数控机床零件加工和装配质量方面缺乏合理保养数控机床;数控机床活顶尖伸出过长,轴承已受损而继续切削等。
  (三) 刀具的因素
  刀具选用过程中没有利用成型刀片进行成形车削;刀具的角度特别是主偏角,后角,前角等误差较大;刀刃的锋利程度不够;刀尖圆弧半径过大;切削参数不合适等。这些因素会使刀具磨损加剧或引起切屑瘤、拉毛工件表面或出现打刀引起振动而影响产品质量。
  (四) 环境因素
  加工场地地面平整度不是很好,地脚螺丝没有很好的接触地面,导致振动加大。
  二、 数控机床切削加工产生振动的分类
  一般来说,机床切削加工时所产生的振动基本上有两大类:
  (一) 受迫振动
  受迫振动是振动系统在周期性的外力作用下,其所发生的振动,这个周期性的外力称为驱动力,受迫振动也称强迫振动。周期激励是一种典型的经常性激励。
  (二) 自激振动
  例如在车床、铣床和磨床上,经常见到回转主轴系统的受迫振动,其频率取决于回转主轴系统的转速(在铣削时还与铣刀的齿数有关)。在机床上发生的自激振动类型较多,例如有回转主轴(或与工件、或与刀具联系)系统的扭转或弯曲自激振动;机床床身、立柱、横梁等支撑件的弯曲或扭摆自激振动;还有工作台等移动部件在低速运行时所发生的张弛摩擦自激振动(通称爬行)等等。
  三、 预防和减小振动的措施
  1. 提高操作人员的业务能力水平,安排具有丰富实践经验、责任心强的人员操作和保养数控机床设备,保证机床良好的润滑和正常运行。
  2. 提高数控机床自身的抗振性,合理提高机床系统刚度;车削细长轴宜采用弹性顶尖及辅助支承来提高工件抗振性能;对数控机床主轴系统,要适当减小轴承间隙,滚动轴承应施加适当的预应力以增加接触刚度,提高数控机床的抗振性能;合理安排刀具和工件的相对位置。
  3. 合理选择刀具的材料和几何角度,加工脆性材料可选用钨钴类硬质合金刀具,加工塑性材料可选用钨钴钛类硬质合金刀具。如钨钴类YG8和钨钴钛类YT5,抗振性强,分别适用于铸铁、有色金属和钢件的粗加工;而YG3和YT15则适用于精加工。另外,刀具在切削过程中,还应该合理选择对振动影响最大的主偏角、后角和前角。
  4. 检查活顶尖是不是伸出过长,轴承是不是运行良好;检查尾架顶夹紧情况,夹紧条件下是不是左右里、上下里与机床主轴不同心;工件夹紧时,夹紧点要选在工件刚性好,且变形小的部位,以减小接触变形,并且距工件承受切削力的位置越近越好,以减小工件受到力矩作用引起变形而产生振动。
  5. 在消除自激振动的具体方法中,可以从调整机床、减小重叠系数、刀具与工件的相对位置、优化刀具选择及对切削用量进行合理选择等四个方面来进行入手。减小重叠系数可以通过对刀具几何形状及切削用量的改变来进行,这样能够使机械设备的切削加工更加稳定。
  6. 检查地平,俗话说大楼稳不稳要看根基下得好不好。机床也一样,地脚螺丝水平如果没调好,就会引起机床的共振。因为有时加工场地地面平整度不是很好,所以要通过调节水平螺丝来让机床达到一个适合的高度,检查地脚每个螺丝是否落实到位、是否到地脚垫里;用水平仪打下前后、左右是否水平了,再锁紧螺丝。
  综上所述,随着我国生产技术的快速发展,对机床零件的制造精度和表面质量提出了更高的要求,从而使机床振动问题的研究成为研制、生产和使用机床等部门必须面对的重大课题,研究机床振动的目的在于探究机床振动的原因,谋求防止和消除机床振动的方法,以研制抗振性能更好的机床。
  参考文献:
  [1]翟开定.机械振动的消减方法探讨[J].机械管理开发,2004,8(4).
  [2]许本文,焦群英.机械振动与模态分析基础[M].北京:机械工业出版社,1998.
  作者简介:
  李玉洁,贵州省黔南布依族苗族自治州,贵州省瓮安县中等职业学校。
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