深槽精銑加工的振動分析與解決

仝九雨

摘要： 本文對槽銑床切削加工時產生振動的各種原因進行了歸結匯總，分析了振動產生的機理，對加工質量的影響，提出了防止和減小振動的方法措施。

Abstract： In this paper， the various causes of vibration during the machining of slot milling machine are summarized. The mechanism of vibration generation and its influence on the machining quality are analyzed. The methods to prevent and reduce the vibration are put forward.

關鍵詞： 深槽切削；振動；摩擦

Key words： deep groove cutting；vibration；friction

中圖分類號：TM353 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）03-0123-02

0 引言

空內冷結構汽輪發電機結構復雜、體積大，逐漸向高效、輕型、高可靠性發展，其核心轉子銑槽工序加工難度大，加工精度要求越來越高，加工質量直接影響到發電機轉子的效率、壽命、可靠性。提高銑槽工序的加工質量，關鍵是減小精加工時的變形和振動引起的發顫。

1 振動產生的原因

汽輪發電機轉子結構復雜，已圓周40槽（對稱28槽）為例，槽深達120mm以上，長度2500～3000mm，切削過程復雜，振動產生的原因較多，主要有以下幾方面：

1.1 發電機轉子嵌線槽槽壁薄，工藝系統剛相差

槽壁呈倒錐形，越靠近根部越薄，最小處13mm，尤其遠離大齒的槽壁，工藝系統剛性進一步變差，易隨著切削力的變化而變形，尤其在發電機轉子嵌線槽粗銑后應力未得到充分釋放就進行精銑加工。

1.2 刀具

由于發電機轉子嵌線槽長 ，刀體材料強度，硬度不合適，刀具幾何參數不合理，磨損快，刀具和槽壁擠壓摩擦加劇，切削力變大，切削熱劇增，導致槽壁變形，是引起振動的原因之一，從而拉毛工件表面，出現條紋型波浪紋，出現磷刺，導致粗糙度變差及平面度超差。

1.3 切削參數選用不合適

①進給量，切削速度過高，刀具磨損加快，切削力變大，由于工藝系統剛性差，槽壁變形，導致振動，發顫，產生磷刺，粗糙度變差，加工過后槽變形，上部尺寸超差。

②切削深度越深，刀具單位面積金屬去處率變大，加工功率變大，也易引起振動、顫紋。

③槽銑床自身狀況的影響：槽銑床本身的精度不夠也是產生振動的原因。槽銑床主軸箱內各嚙合齒輪，軸承等配合精度低，導軌磨損，各夾緊裝置的不可靠，在切削中都可能產生振動。

2 振動對加工質量的影響

①加工過程中的振動降低了加工表面的質量，引起加工表面的振動波紋、磷刺、表面粗糙度值變大等。它會使工件和刀具之間產生相對位移，影響正常的刀具走刀軌跡，導致加工后嵌線槽上部尺寸變大、超差。

②刀具使用壽命由于振動而降低，影響刀具的正常切削條件，加快了刀具的磨損，甚至引起崩刃，傷害槽壁。

③影響和降低了生產效率，為了避免劇烈的振動不得不降低切削參數。同時，由于降低了刀具使用壽命，加工質量差，頻繁換刀，調校刀具，使生產效率降低。

④使槽銑床的精度降低。由于振動使槽銑床傳動系統受力存在間歇性，加速齒輪，軸承的磨損，傳動間隙增大，機床精度降低，進而影響設備壽命及加工質量。

⑤影響工作環境。振動會產生刺耳的噪音，使操作者的身心健康受到損害，降低工作效率。

3 防止和減小振動的措施

由于振動的產生原因是多方面的，嚴重影響發電機轉子的加工質量，依據具體情況具體分析，判斷振動產生的原因和性質，采取有效措施避免和減少振動的產生。

3.1 優秀的操作者

業務水平高，實踐經驗豐富，責任心強，深入了解掌握設備及刀具的性能，能夠進行科學的刀盤調校，根據刀具、設備、工件設定合理的切削參數，能夠設計合理的裝卡工藝方案。對遇到的深槽加工中的各種異常情況進行分析、解決。

3.2 設備

①提高設備自身的抗振性：可提高機床系統的剛性、可靠性，提高機床零部件加工和裝配質量，合理保養機床，及時潤滑，使其處于最佳工作狀態。

②工件裝卡系統合理、可靠、穩定，輔助制成合理避免過定位，確保在工件加工過程中不會發生工件的變形移位。在相鄰槽內增加楔緊裝置，以提高銑槽過程中的工件剛性，改善加工狀況。

3.3 材料的因素

發電機轉子材質為鉻、鉬合金，高強度，高硬度，熱軋鍛造，硬度值在HB170～220之間。由于發電機轉子長，槽深，銑加工面積大，槽型尺寸公差（+0.1，0），粗糙度Ra3.2，需要刀具有較長的使用壽命及較高的耐磨性。

①合理選擇刀具材料，要求具有較高的硬度，耐熱性，易選用YT15類硬質合金刀片。

②合理選擇刀具的幾何角度。

盤銑刀在深槽精銑切削過程中，對產生振動影響最大的刀具幾何參數是：前角、后角、副后角。深槽精銑加工，可以分解為大直徑盤銑刀的薄壁件面加工，在保證高效，大進給，高壽命的前提下，選擇合理的刀具幾何尺寸，一般應注意以下幾方面：

①應采用90度的主偏角，較大的主偏角可以有效減小切削背向力，減小槽壁受到的垂直分力，減小振動。

②后角。在后刀面不與已加工表面摩擦的前提下，盡可能增大，以保證刀尖的強度，提高刀具壽命。

③副偏角。在刀尖范圍以外的副切削刃不與已加工面摩擦的前提下，盡可能的增大，以保證刀尖強度，提高刀具使用壽命。endprint

④前角。影響刀尖的強度及切削形狀、斷屑，較大的前角可以減小切削力，減小槽壁的擠壓變形，但是刀尖強度降低，容易崩刃。較小的前角刀尖強度變好，但是切削力變大。根據經驗，大直徑刀多刃盤銑刀，轉速低，切削刃在槽內行程長，需要很好的排屑效果。故為了得到較好的綜合切削性能，在較小的前角內磨出全圓弧形卷削槽，這樣切削刃強度和切削力得到了兼顧。

⑤刀尖對已加工表面粗糙度影響很大，是刀具的主要工作部分，決定了加工質量，是刀具壽命的決定因素。圓弧形過渡刃不但可以提高刀具壽命，還可以提高已加工表面粗糙度，但是過大的圓弧過渡刃半徑，使槽壁受到的垂直分力變大，容易引起振動。

3.4 合理切削參數

選用合理的刀具，根據刀具商推薦的切削速度，每齒進給量，刀盤齒數，計算出刀盤轉速，工作臺進給。根據工藝系統剛性，工件材質硬度，修正切削速度，得到最大允許進給量，已得到最大的切削效率，刀具壽命。

4 結語

通過以上分析，維護好機床，提高主軸與軸承配合，齒輪和齒輪嚙合精度，保證導軌的直線度；正確選用刀具材質，合理選用切削用量，采用合理的加工工藝，可以減小機床切削時產生的振動，提高產品質量，提高生產效率。發電機轉子加工難度大，影響加工質量效率的因素較多，首要的就是刀具。

本文僅對在銑槽過程中產生的振動發顫問題進行了探討，提出了解決問題的方法，并在實際生產中的到了實施驗證，槽壁粗糙度達到Ra3.2，較好的平面度。刀盤、刀座、刀片共同構成了銑槽加工的切削幾何參數，決定了銑槽加工中切削力的大小，刀具的磨損情況。在考慮刀片的通用性，可換位性情況下，可以改進刀座的結構尺寸，以降低刀具成本。在發電機轉子銑槽加工過程中對加工尺寸的控制，槽底R圓角與槽壁的過渡，修光刀片的有無及吃刀量，刀盤刀片的端跳，徑跳的控制以及對加工質量的影響等問題，本文不予探討。輕載高效加工是當下金屬切削加工的趨勢，合理的刀具切削幾何尺寸是基礎。

參考文獻：

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