設計減振裝置消除車削振動及噪聲

周 琳，楊硯青

（1.豫西工業集團有限公司，河南南陽 474678；2.南陽市紅陽機械有限公司，河南南陽 474678）

0 引言

在金屬切削加工過程中，機床本身的調節環節把外界固定能源的能量轉變為振動的交變力，從而引起持續的周期性振動，這種振動為自激振動，又稱為切削振動。切削振動是加工過程中刀具和工件之間產生的強烈自激機械振動，如果不加以控制，將會導致工件加工表面粗糙，刀具壽命降低并產生噪聲，嚴重時使加工過程無法進行。

1 存在的問題

圖1 是我們眾多民品生產中的一個零件。

該零件熱處理后再進行后續的機械加工。其中有一道加工工序是將其外圓φ127 mm 加工到φ111 mm，總加工長度為340 mm，如圖2 所示。

根據車間現有的加工設備，此道車削加工工序被安排到仿形車床CE7120 上進行。

該零件材料為50SiMnVB，一端的內部是很深的盲孔，另外一端的內部也是盲孔。該零件毛坯經熱處理后硬度值為38～42HRC，屬于較硬材質。加工之前零件的單邊壁厚為16 mm，此道工序加工后，零件的單邊壁厚為8 mm，由于零件的單邊壁厚變得越來越薄，從而產生了車削振動，并伴隨著非常刺耳的噪聲。

圖1

圖2

2 分析及解決問題

雖然我們選擇了合適的刀具材料和刀具參數，同時將主軸轉速、進給量和背吃刀量等切削參數選擇在切削加工穩定區域內，在一定程度上減小了切削振動，但是還有切削振動產生，并伴隨噪聲。

工件系統往往是產生自激振動的薄弱環節，通過合理的裝夾方式，適當增加輔助支承，可大大提高工件系統的剛度。

使用摩擦吸振也是一種最直接的抑制機床振動的方法。可把主振系統的振動能量轉化為附加吸振系統的運動能量，從而抑制主振部件的振動。

分析該零件的特殊結構，零件的壁厚在切削過程中變得越來越薄，零件本身的剛性減弱，如果增加一個輔助支承，則零件的剛性就會提高，同時輔助支承與零件接觸并摩擦，這種摩擦吸振把主振系統的振動能量轉化為附加吸振系統的運動能量，從而可抑制主振部件的振動。為此設計了一種減振裝置，如圖3 所示。

圖3 中底座安裝在仿形車床CE7120的床身下導軌上，氣缸及頂輪部分通過中間的安裝板固定在底座上。氣缸的頂出力通過減壓閥可以調整，頂輪的移動速度可以通過調速閥調節。氣動原理圖見圖4。

在減振裝置圖3 中使用氣缸可使頂輪上下移動，不影響操作者上下料。氣缸的頂出力可以調節，不容易引發附加力，不會造成工件變形。當頂輪與工件外圓接觸時，頂輪與工件之間產生摩擦，把主振系統的振動能量轉化為附加吸振系統的運動能量，從而抑制主振部件的振動，大大降低了噪聲，改善了生產環境。

圖3 減振裝置

圖4 氣動原理圖

3 經濟效益

該套減振裝置的使用，有效抑制了切削振動，提高了刀具的使用壽命和產品質量。由于切削振動，原來使用的刀具一個切削刃只能加工2～3 件工件。安裝減振裝置后，切削振動大大減小，刀具的一個切削刃可以加工5～6 件工件，提高了刀具的使用壽命。

未使用減振裝置之前，操作者必須帶上耳塞；使用減振裝置后噪聲大幅度降低，改善了生產現場環境，有利于操作者的身體健康。

4 結語

該套減振裝置在設計時就已考慮其通用性，安裝和維修也很方便，制造成本低，可以推廣用于其它類似零件的加工過程中，對于薄壁零件在加工時產生切削振動，可以考慮增加該裝置以減小切削振動，提高刀具的使用壽命，提高加工質量，它將具有廣泛的使用前景。

［1］袁哲俊，劉華明.刀具設計手冊［M］.北京：機械工業出版社，1999.

［2］徐灝.機械設計手冊［M］.北京：機械工業出版社，1991.