如何防止和消除车削中的振动

  仪器信息网 ·  2009-08-02 21:40  ·  27008 次点击
在金属切削机床上对其零件进行切削加工时,一般工艺系统上所受的力包括:切削力、夹紧力、接触部件相对运动的摩擦力、运动部件的惯性力、机床内部的激振力、外界传来的干扰力,以及机床各运动部件、工件及夹具的重力等。
这些合力作用于机床-工件-刀具,使其产生一定的弹性变形,造成工艺系统产生振动。这种振动的类型主要分为三种:即自由振动、强迫振动和自激振动。而在这三种类型中,主要是强迫振动和自激振动,据机械加工中的数据统计,强迫振动约占30%,自激振动约占35%,自由振动所占比例很小。因此,这里主要分析强迫振动和自激振动在车削过程中的影响。
1.车削中的强迫振动
强迫振动是由外界持续激振力引起和维持的振动。
当然除了激振力,随着切削时间的变化,位移、速度及加速度也可以激起系统的振动。其强迫振动的特点如下:
(1)强迫振动的稳态过程为简谐振动(即自由振动),只要有激振力存在,系统振动就不会被阻尼衰减掉。
(2)强迫振动的频率等于激振力的频率。
(3)强迫振动的振幅与激振力的大小、系统的刚度及阻尼系数有关。激振力愈大,而系统的刚度及阻尼系数愈小时,则振幅愈大,当激振力的频率与系统的固有频率之比等于或接近1时将发生“共振”,此时振幅最大,振动也最严重。
通过多年对机械机床的操作,总结出车削中强迫振动产生的原因主要有以下几方面:
(1)不平衡造成的离心惯性力在车床工作时,由于存在质量偏心,当机床高速旋转时产生离心惯性力,这种惯性力就是使机床振动的激振力,其振动频率大致等于这些元件每秒钟的相应转数,即f=n/60(Hz)(其中n为机床主轴的转数).
(2)机床传动机构的缺陷在机床上的零部件,特别是传动中的旋转零件,由于制造中存在一定的制造误差,在装配时又存在一定的装配误差等等,这些在转动时就会产生周期性的干扰力,而成为强中国金属加工在线版权所有迫振动力的振源。如齿轮的齿形制造误差以及啮合刚度的变化,不但使齿轮产生径向、切向和轴向的振动,产生噪声,而且还可通过轴和轴承成为其他零部件的振源。同时滚动轴承的精度误差,V带的厚度不均匀等都会造成强迫振动。
(3)车削形状不规则的断续切削加工这些零件时刀具和工件常常产生冲击,当被加工部位与间断部分有一定的节奏交替时,就可能产生周期性的激振力,而这种交变的切削力就会引起强迫振动。
(4)地基振动地基振动的程度一般取决于两方面因素:一是邻近设备,如冲床、锻锤等引起的振动强度。二是地基和建筑物承载结构的谐振特性,当引起地基振动时,地基同时也把振动传给机床导致机床与地基一起振动。因此,要想在机床上加工出高精度和表面粗糙度值低的零件,则必须将机床与地基隔绝开来。
2.车削中的自激振动
在没有外力周期性的作用下,由工艺系统内部激发及反馈的相互作用而产生的周期性振动,称为自激振动。车削时的自激振动有低频和高频振动两种。
低频振动主要是工件系统的弯曲振动,其频率接近于工件系统的固有频率,大致在50~250Hz,工件、刀架都在振动,振动时发出的噪声比较低沉。高频振动是车刀的弯曲振动所引起的,其频率接近于车刀的固有频率,大致在500~5000Hz,振动时只有刀具本身振动,噪声尖锐刺耳,切削表面留下振动痕迹细而密。
自激振动是在没有外界周期性激振力的条件下产生的,其形成和持续是基于过程本身产生的激振和反馈作用,所以若切削停止,其内部激振力消失,自激振动也随之消失。因此,可以认为自激振动相当于由系统内部激振而引起的强烈振动。
上述两种振动,从抗振角度上来看,车床工作条件不好,这是因为在车床上,工件及主轴、卡盘和尾座的等效刚度较低,切削截面积较大,因而在加工细长轴类零件,以及加工直径较中国金属加工在线版权所有大的盘类零件,用卡盘夹持工件时车床大都产生自激振动。特别是较大的盘类零件,工件直径超过主轴直径,使切削力矩大幅度增加,这不仅对传动系统造成不利的振动,而且对刀架和床身的工作情况也是不利的,一般都会造成自激振动。
在车床上,振动对加工是非常不利的,因此在切削过程中应设法防止和消除,那么在操作上应该做到:分析确定振动类型,找出振动源,然后结合具体情况,针对性地采取防止和消除的方法和措施。
3.强迫振动的消除方法
(1)减小激振力主要是减小因回转元件的不平衡所引起的离心惯性力及断续切削所产生的冲击力等,这样可有效地减小振幅,使振动减弱或消失。具体应做到以下几点:对转速较高(600r/min以上)的主轴部件、电动机转子、卡盘等必须给予平衡。提高机床的中国金属加工在线版权所有齿轮制造质量及装配精度,机床主轴的传动齿轮以斜齿或人字齿轮啮合传动为好,以提高传动的平稳性。主轴的滚动轴承应选用精度较高的轴承,装配时应尽量提高和保证其滚动轴承的装配精度

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