弱剛性零件加工減振方法

王永軍，王永杰，張東雷

山西平陽重工機械有限責任公司 山西臨汾 043000

1 序言

高精度弱剛性零件的加工一直是機械加工中的難題，由于此類零件剛性差、強度弱[1]，在加工中會產生振顫，導致零件表面質量差，精度無法保證，因此在加強零件剛性的同時，采取有效的減振抑顫措施也非常重要。本文介紹一種簡單、實用及可操作性強的減振抑顫方法，可提高零件加工質量，保證加工精度。

2 問題分析

某產品尾段殼體如圖1所示，材料為20低碳鋼，由殼體、尾鰭組件和導管前體等組成，體積大且結構復雜，存在多處架空部位，其中導管前體在焊接至殼體后精加工內孔，φ358mm孔為薄壁高精度孔，壁厚最薄處為2.6mm，公差精度H6級，徑向圓跳動量要求≤0.06mm。從產品結構可以看出，需要加工的導管前體在4個尾鰭中間，與殼體的連接薄弱，剛性較差，屬大型弱剛性殼體加工。該零件由于剛性差、強度弱，因此在實際加工過程中，尺寸精度和表面粗糙度受到加工振顫的影響，導致不能滿足工藝要求而成為加工瓶頸。

圖1 尾段殼體

目前關于弱剛性零件切削加工穩定性的研究[2]有很多，大致把切削加工過程中產生的振動分為自由振動、強迫振動和自激振動3種類型。自由振動是由于在切削過程中，加工系統受到某一偶然的沖擊擾動所引起的，但因加工系統本身的阻尼作用會很快消失；強迫振動是由于切削過程本身的斷續性和切屑而形成的不連續性、外部的周期性或非周期性干擾力所引起的；而自激振動又稱為顫振，為金屬切削加工過程所特有的，是指在沒有周期性外力作用下，單純由加工系統本身特性所激起的一種劇烈振動，自激力的頻率與工藝系統的固有頻率相同，隨即產生共振，屬于切削過程動態不穩定的性質。很顯然，該零件加工過程中遇到的問題屬于第3種情況，此種情況產生的振動來自于零件自身、機床、工裝夾具以及刀具共同作用的加工系統本身，防振消振十分困難，對切削加工也最為重要，盡管在加工時可通過減小進給量、使用鋒利的刀具及采用鏜削方式等方法減小加工中的振顫[3]，但由于加工位置在裝夾位置的遠端，且最遠的部分壁厚最薄，加工完的內孔不僅公差無法達到圖樣要求，表面質量在結構振顫的影響下也非常差，刀具的壽命明顯縮短，加工效率也非常低，因此，尋求其他減振抑顫的方法是解決問題的關鍵。

3 解決措施

機床在運行期間，機床機構、工裝夾具、刀具和零件在一定時間后達到固有頻率，引起共振現象，導致加工振顫加大，通過改變零件的頻率可以使零件在加工中脫離共振現象。在實際加工中，發現從外部供給能量進行主動補償可以減小零件加工中的振動，根據尾段殼體的結構特點，導管前體雖壁薄但形狀規則，外形是圓柱面，通過在零件豎直中心軸位置增加配重的方法，可以使加工零件脫離加工機構的頻率，減小加工結構的振顫對零件精度的影響。尾段殼體材料為20低碳鋼，可以使用多個磁鐵在加工部位的豎直中心增加零件自重，通過試切調節至最佳磁鐵質量，達到減振抑顫的效果。配重方案如圖2所示。

圖2 配重方案

為安全考慮，增加配重一定要使用吸附性好、接觸面大的強力磁鐵，防止在切削過程中磁鐵脫落造成安全事故。

采用這種阻尼配重法對產品進行試切，找到最佳配重質量，在加工過程中能夠起到最佳減振抑顫效果，減小了加工機構的振顫對弱剛性零件的影響，加工的產品完全滿足圖樣要求。

4 實施效果

通過對產品結構的分析，利用產品材料的可吸附磁性，使用磁鐵吸附完成配重，創新使用阻尼配重法減小加工過程中加工機構振顫對零件精度的影響，具有可調整性，操作簡單，所需材料成本低，適用于各種類型及大小的、具有可吸附磁性的材料的加工情況。

在車削加工長筒類零件時，往往需要刀桿伸出很長，加工時由于刀桿剛性不足也會引起振顫[4]，導致尺寸精度和表面粗糙度無法滿足要求，同時也影響加工效率，用此方法在刀桿的尾端吸附磁鐵，也可以有效消除振顫，起到同樣的減振效果。

5 結束語

本文通過具體的加工實例，介紹了一種通過在工件的特定部位吸附磁鐵，從而達到減振抑顫效果的阻尼配重法，該方法簡單、實用，成本低，可操作性強，減振抑顫效果明顯，并且同樣適用于其他如車削長筒類零件的弱剛性加工場合，為類似弱剛性零件的加工提供了經驗。