【技术】切削加工中的振刀原因分析

时间:2019-10-01 08:00:01 来源:中国财经信息网 当前位置:小万美食吖 > 背景 > 手机阅读

机加工中的振刀问题,造成工件表面有颤纹,返工率、废品率高。机床振动原因一般是机床、工件、刀具三个系统中任一个或多个系统刚性不足,下面先说振刀产生时都需要从哪些方面入手排查以及有哪些对策。


有关机床的颤振(Chattering)学理分析在机床研究上属于相当艰深的一门学问,其产生来源与加工材质、机械设计及切削条件有着相当的关联,其中“切削过程”牵涉到材质(工件)的硬度、进给的大小等等,而“机器结构 ”部份则牵涉到工具机各单体结构强度设计,诸如主轴轴承、头部本体,刀盘设计以及刀具夹持等特性。


由于学理有着一大堆数学方程式,在此不对此部份做深入的介绍,仅将一般客户常发生的振刀现象,概分成以下两类:


强制振动(Forced Vibration)


这是在断续切削而导致的强制振动或者是因转动零件有瑕玼而造成的振动,一般常见的如轴承的损坏而造成的异音或齿轮啮合不佳以及工件夹持不佳、主轴摆幅过大 等现象皆属此类。这类问题中,断续车削属于加工技术问题,而零件瑕疵即大部分来自于机床的装配技术及其关键零组件的品质控制,而且也与机床结构设计理念有关。其特征为振动的特性与转数的大小有直接的关联。


自激振动(Self-excited Vibration)


这是因为切削加工时具有周期性的工作凹凸不平特性造成周期相位的少许错开而又反覆重叠的再生效果所产生的影响一般又可称之为“共振”(Resonance),其主要是由机床结构的自然频率受到激发或者是工件夹持系统的自频率过低而受到激发所引起。由于结构的自然频率只随夹持或固定方式的改变而改变,因此振刀发生时,改变切削条件(如改变转速)往往用以改善切削振动,然而在某些无法改变切削速度的场合(如攻牙或某些材质的切削),往往只有借助于夹持方式的变更,甚至于改变刀具或刀具固定方式才能解决这类问题。


机床、工件、刀具三个方面进行排查:


工件方面的排查点

(1)细长轴类的外圆车削;一般切削点离夹持点的距离,如果长径比超过3的话就容易振刀,可以考虑改变下工艺。

(2)薄壁零件的外圆车削。

(3)箱形部品(如钣金焊接结构件)车削。

(4)超硬材质切削。


刀具原因

(1)利用成型刀片进行成形车削;

(2)刀具的角度特别是主偏角,后角,前角等;

(3)刀刃的锋利程度;

(4)刀尖圆弧半径是否过大;

(5)切削参数是否合适。


机床原因

(1)活顶尖伸出过长;

(2)轴承已受损而继续切削。


首先排查刀具的问题

(1)先查车刀本身刚度,是否未夹紧?是否伸出过长?是否垫片不平?再查车刀(镗刀)是否磨损?是否刀尖圆角或修光刃过宽?车刀后角是否过小?


(2)看一下用的是90度刀还是45度的,试换一下。


(3)另外,走刀(进给量)太小,也可能是一种产生颤纹的诱因,可略调整加大一点。


(4)调整一下转速、单刀切削深度、进给量试一下来排除共振点。


排查机床及装卡部位原因

(1)查找一下活顶尖是不是伸出过长,轴承是不是良好。里面有平面滚动轴承组合。实在怀疑,可以用死顶尖换用,注意中心孔的牛油润滑。


(2)查找一下尾架顶夹紧情况,夹紧条件下是不是左右里、上下里与机床主轴不同心。


(3)把大中小拖板都紧一些,尤其是中拖板。


(4)如果是机床的尾架部分暂时无法去检查(第1、2点,需要一些钳工基础),可以试着从卡抓端向尾部走刀、反车,可以最大程度削除尾端的不给力。


(5)如果第4步还有情况,要看一下主轴了,当然,如是三抓,也要查一下,是不是螺旋槽有损坏。四抓是人工自支调的,就不需检查了。


综合抑制振刀的对策

如果主轴瓦已经真的紧到位了,工件也不是薄壁空心件或悬伸过长,卡盘夹紧也没问题。采用其他一些抑制震刀的对策。依据研究所得的震刀原理,目前应用于加工现场中有一些比较具体而实用的方法:


(1)尽量选择切削阻抗较小的一切条件,亦即最适当的刀具进给速率与切削速度(或主轴转速)。


(2)调整切削速度以避开共振。


(3)减轻造成振动的部份的工作重量,惯性越小越好。


(4)针对振动最大的地方予以固定或夹持,如中心架、工作保持器等。


(5)提高加工系统的刚性,例如使用弹性系数较高的刀柄或使用加入动态减振器(Dynamic Damper)的特殊抗震力,以吸收冲击能量。


(6)从刀片与工作旋转方向下功夫(工作将刀具下压同时也增高刀具的稳定性)。


(7)改变刀具的外型与进角,刀具鼻端半径(Nose Radius)越小越好,以降低切削阻力。 侧倾角(Sick Rake Angle) 必须取正值,以使切削方向更近垂直。后倾角(Back Rake Augle) 最好为正值,惟甚去屑切屑能力相对变差,因此一般可选用槽刑刀以使倾角变为负值,但仍保有正值的切削效果。


(8)导角(Lead Augle)越小越好,最好为零。


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来源:金属加工

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