車削過程中的振動和消振措施

在金屬切削機床上對零件進行切削加工時，一般工藝系統所受的力包括切削力、夾緊力、運動部件的慣性力、接觸部件相對運動的摩擦力、外界的干擾力、機床內部的激振力以及工件和夾具的重力等。這些力作用在機床、工件和刀具上，使其產生一定的彈性變形，導致工藝系統產生振動。在進行切削加工時，由于工藝系統發生強烈的相對振動，從而使工藝系統的各種成形運動受到干擾和破壞，這不僅使加工表面產生波紋，嚴重降低加工精度和表面質量，而且縮短機床和刀具的使用壽命，降低切削效率。隨著科學技術的不斷發展，零件表面的質量要求越來越高，振動往往成為提高產品質量的主要障礙。所以，在切削過程中應先了解振動產生的原因，然后采取相應的解決辦法，本文主要介紹車削過程中產生的振動及消振措施。

一、車削過程中的振動

1.車削中的強迫振動

強迫振動是由外界持續激振力引起和維持的振動，車削中強迫振動產生的原因有以下幾種；

（1）不平衡離心慣性力。當車床工作時，一些零部件如電動機、皮帶輪、主軸部件以及傳動齒輪等，由于存在質量偏心，在高速回轉時產生離心慣性力，這種離心慣性力就是使機床產生振動的激振力。

（2）傳動機構的缺陷。機床上的零部件，特別是傳動中的旋轉零件，由于制造不精確，裝配不良，轉動時會產生周期性的干擾，成為強迫振動的振源。

（3）斷續切削。加工斷續的工件（如形狀不規則的工件和偏心工件）表面，常常會發生刀具與工件的沖擊。若被加工部分與間斷部分有節奏地交替時，就可能產生周期性的激振力，這種交變切削力就會引起強迫振動。

（4）地基振動。地基振動的強度一般取決于兩個因素：一是受到鄰近設備如沖床、鉆床等的影響，產生振動；二是建筑物和地基等承載結構的諧振特點，當引起地基振動時，地基就會把振動傳給機床，導致機床和地基一起振動。因此，要想在車床上加工出精度較高、表面粗糙度值較小的工件，就必須把車床和地基隔開。

2.車削中的自激振動

在沒有周期性外力作用的情況下，由系統內部激發及反饋的相互作用而產生穩定、周期性的振動，稱為自激振動，簡稱“顫振”。產生自激振動的原因是加工過程中工件及刀架系統變形而產生的低頻振動和因車刀的變形而產高頻振動。車削過程中，車床由于工作條件不好，工件及端部條件（卡盤、主軸和尾座）的等效剛度較低，切削截面又較大的緣故，在加工細長軸、大直徑工件時，增大了切削力矩，因而在車削時車床發生顫振，最終使工件和刀具不停地產生相對振動。

二、防止和消除振動的方法

1.強迫振動的消除方法

（1）減小激振力。減小激振力就是減小因回轉元件不平衡引起的離心慣性力及斷續切削所產生的沖擊力等。對于轉速較高的主軸部件、電動機轉子、卡盤等必須給予平衡；對于齒輪，必須提高其制造精度和裝配質量；對于皮帶傳動，應采用完善的皮帶接頭，適當調整皮帶拉力，合理選擇皮帶長度；對于主軸上的滾動軸承，應選用精度較高的軸承，還應提高軸承的裝配質量。

（2）調整振源頻率。在選擇主軸轉速時，應離可能引起強迫振動的振動源的頻率遠一些，避開共振區。

（3）提高工藝系統的剛性。縮短主軸前端的懸伸長度，錐軸承在裝配時應保證大端接觸緊密，適當加厚主軸箱前軸承孔處的箱壁等。

2.自激振動的控制和消除方法

（1）合理選擇切削用量。實踐證明，在任何情況下都應該盡量避免切出寬而薄的切屑，因為在這種情況下最易產生振動。當切削余量較大時，合理的辦法是增加走刀次數，以減小每次走刀的背吃刀量，并在加工表面粗糙度允許的情況下適當增加進給量，避免自激振動和保證生產效率。

（2）合理選擇刀具的幾何參數。刀具主偏角愈大，背向力愈小，愈不容易產生振動。因此，適當增大主偏角就可以消除和減小振動；刀具后角太大，刀具就容易啃入工件，產生振動，所以后角應選得小一點。但也不能太小，以免刀具的主后面與加工表面之間發生摩擦，反而引起振動，前角對振動的影響最大，前角越大，切削刃越鋒利，切屑排出就越順利，切削過程越平穩，但為保證刀尖強度，需在刀尖部位刃磨出負倒棱。

（3）提高工藝系統的剛性。首先，要提高工件系統的抗振性，裝夾工件時不要使工件伸出過長，盡可能在接近切削處夾緊工件。加工剛度不足的工件，應采用合理的中心架、跟刀架來增加工件的剛度。其次，要提高刀具系統的抗振性，加強刀桿剛度，減小刀具懸伸長度，及時更換后刀面磨損過大的刀具。裝夾刀具時墊片要平實，厚度一致，保證刀桿垂直于工件的旋轉中心，加在刀桿上的力要均勻，避免刀桿受力不平衡彎曲而產生振動。最后，要提高機床系統的抗振性，增強機床零部件的連接剛度，適當預緊滾動軸承，增大系統的阻尼等。

（作者單位：河南省駐馬店高級技工學校）