王安国+邓昶+崔建民

[摘 要]随着科学技术和生产的不断发展。对零件的表面质量要求愈来愈高，振动往往成为提高产品质量的主要障碍，因此研究机械加工中产生振动的机理、探求消振的有效措施，是机械加工工艺领域的一个重要课题。本文就针对车削过程中产生的振动的原因进行研讨和分析，并采取些相应的减振、消振措施。

[关键词]车床；车削；加工振动

中图分类号：TG51 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0027-01

引言

车削加工过程中，工件和刀具之间常常发生强烈的振动，破坏和干扰了正常的切削过程，是一种极其有害的现象。当车床发生振动时，工件表面质量恶化，产生明显的表面振纹，工件的粗糙度增大。振动强烈时会使车刀产生崩刃现象，导致切削加工无法进行。振动将使车床和刀具磨损加剧，缩短车床和刀具的使用寿命。另外，振动还伴随有噪声，危害工人身心健康，使工作环境恶化。这时必须降低切削用量，导致车床的工作效率大大降低。

1 车削加工的主要内容

（1）数控车削加工包括端面、内外轮廓面、成形表面、螺纹、切断等工序的切削加工；

（2）数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件；

（3）车铣中心上可以实现车削和铣削的复合加工；

（4）数控车削工艺灵活多变，其丰富的循环功能指令、各类刀具的选择，是学习的重点内容；

（5）在数控车床和车削中心上加工的零件，一般采用手工编程，对具有复杂外轮廓的回转体零件可以采用自动编程。

2 车削加工振动的分类

一般来讲，在机械加工中产生的振动都具有自由振动、受迫振动和自激振动，与机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的动态特性有关。在消除机床回转组件（如电机、工件、旋转轴等）和传动系统（如皮带轮、滚动轴承、液压传动系统的压力脉冲等）的振动后，车削加工中的振动主要是不随车削速度变化的自激振动，主要是车削过程中工件系统的弯曲振动（其频率接近工件的固有频率的低频振动）和车刀的变形产生的弯曲振动（其振动频率接近车刀的固有频率的高频振动）。

2.1 自由振动

作振动的系统在外力的作用下物体离开平衡位置以后就能自行按其固有频率振动，而不再需要外力的作用，这种不在外力的作用下的振动称为自由振动。理想情况下的自由振动叫无阻尼自由振动，自由振动时的周期叫固有周期，自由振动时的频率叫固有频率，它们由振动系统自身条件所决定，与振幅无关。

2.2 受迫振动

受迫振动，在实际振动中，为了不因阻尼的存在而使振动停止，我们通常给系统加—个周期性的外力，来补偿系统的能量损失，使系统持续的振动下去，这种周期性的外力叫驱动力，物体在外界驱动力作用下的振动叫受迫振动。

物体做受迫振动时物体在外力驱动下振动时，振动稳定后的频率等于外力驱动的频率，跟物体的固有频率没有关系。

2.3 自激振动

自激振动是系统由于自身在没有外力的作用下所产生的振动，叫做自激振动。自激振动 是一种比较危险的振动，设备一旦发生自激振动，会使设备运行去稳定性。

振动系统和控制系统间的联系有纯机械的联系，也有力学的或物理特性的联系。分析自激振动时 须研究这种联系和反馈过程，才能更好地了解自激振动的特性并提出改进措施。

3、车削加工中车刀产生振动的原因

在车削加工过程中导致车刀产生振动的原因是多种多样的，有由于机床传动系统引起的振动，由于车刀装夹不当引起的振动，还有刀具刃磨角度问题引起的振动。其中由于机床传动系统引起的振动包括电动机转子旋转不平衡、机床回转零件的不平衡如皮带轮、卡盘、刀盘和工件不平衡引起的振动；运动传递过程中引起的振动，如变速操纵机机构中的齿轮啮合时的冲击力、三角皮带的厚度不均匀、皮带轮质量偏心、滑动轴承和滚动轴承尺寸及形位误差引起的振动：往复部件运动的惯性力，如离和器控制箱体的正反转引起的惯性力振动等等。车刀装夹不当引起的振动，如车刀刀尖高度不合适、刀头伸出长度不符合要求等。车刀角度刃磨不当引起的振动。车刀装夹不当与车刀刃磨方面引起的振动做需要采取的避免措施，从容减轻振动，提高工件表面质量及加工效率。

4、消振措施由上面的分析可知，系统是否发生切削颤振，既与切削过程有关，又与工艺系统的结构刚度有关，针对振动的特点，特提出相应的消振措施。

4.1在低频振动时，主要是由于Y 方向的振动引起了切削力的变化，便得F 趋远> F 趋近，而产生了振动。因此，除了增加系统沿Y 方向的刚度及阻尼外，设法减少切削分力Fy 及任何阻止工件与刀具沿Y 方向的相对位移的因素，通常都能减弱或消除振动。主要可采取下面几种措施：

（1）车削时，一般当v= 30～70m /m in 速度范围内，容易产生振动，因此选择车削速度时应避开出现切削力随速度下降的中速区，在高速或低速范围进行切削，自振极不易产生。

（2）应尽量避免宽而薄的切屑的切削，否则极易产生振动。在许可的情况下（如机床有足够的刚度，足够的电机功率，工件表面粗糙度参考值要求较低时等），适当增大进给量和减小切削深度也有助于抑制振动。

（3）适当增大刀具前角γ可减小Fy 力，从而减弱振动。但在切削速度较高的范围内，前角对

振动的影响将减弱，所以高速下采用负前角切削，不致产生强烈的振动。通常采用双前角消振刀，利用图1前面的宽度f来控制刀具和切削的接触长度，可显著减小切削力，从而抑制振动。低速时γ1> 0，高速时γ0< 0，γ1 与γ2 之间相差15°。

（4）当切削深度和进给量不变时，随着主偏角K γ增大，切削分力Fy 减少。因此，适当增大刀具主偏角，可以消除或减小振动。

（5）刀具后角太大或刀刃过分锋利，刀具切人工件时，容易产生振动。当后角减小到2°～3

°时，振动有明显的减弱。在刀具后面磨出一段负倒棱，如图2 所示，约0.1- 0.3m m 负倒棱，可以减小径向切削力和抑制振动。

（6）刀架系统如果有负刚度是时，容易“啃人”工件产生振动。因此，尽可能避免刀架系统的负刚度对车削产生的振动。

4.2工件系统和刀架系统的刚度不是产生低频振动的主要原因，可采取下面的措施来消除或减小振动：

（1）用三爪或四爪夹紧工件时尽可能使工件回转中心和主轴回转中心的同轴度误差最小，避免工件倾斜而断续切削或不均匀切削造成切削力的周期性变化所产生的振动。

（2）加工细长轴时用跟刀架、中心架可以增加切削过程稳定性。

（3）在车削时采用弹性顶尖而不采用死顶尖，避免顶力过大造成工件弯曲或顶力大小起不到支承作用使工件摆动，并注意尾座套筒悬伸不能过长。

（4）定期检查中拖板和大拖板、小刀架与中拖板之间燕尾导轨的接触情况，调整好斜镶条间隙，避免刀架移动时出现爬行。另外，可以用刮研联结表面，增强联结刚度等方法来提高结构系统的抗振性。

（5）合理安排主切削力的方向，比如在切断和工件反转切削时，由于切削力的方向与系统最大刚度方向趋于一致会提高系统的稳定性。

4.3高频振动振动频率很高，产生的噪音尖锐刺耳，在加工件表面留下的痕迹细而密，振动时只是刀具本身在振动，而工件及机床部件却很稳定。其产生的主要原因是由于后刀面磨损较大，刀具后面与工件之间摩擦的下降性能引起的，消除或减小高频振动的措施主要有：

（1）减小车刀悬伸长度。

（2）加强车刀及刀杆的抗弯刚度。

（3）及时更换后刀面磨损较大的刀具。

（4）装刀具时，应保证刀杆与工件旋转中心垂直，紧固时要施力均匀，避免刀杆受力不平衡而弯曲产生振动。

（5）使用减振装置。通过这一系列针对车削过程中产生的不同振动，在分析产生振动的原因后采取响应的措施，可明显减小车削过程中的振动，提高了工件表面质量和劳动生产率，延长了刀具的使用寿命。

5、小结

通过生产实践，提出了控制车床振动的一些具体措施，其可有效地消除车床振动，从而提高工件加工质量，延长机床和刀具的使用寿命。

参考文献

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