數(shù)控車削加工常見問題分析

李國會 蔣 浩 劉宏偉

（長春職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 長春 130033）

1 大型薄壁件車削自激振動的抑制

切削顫振,是金屬切削過程中刀具與工件之間產(chǎn)生的一種十分強(qiáng)烈的自激振動.由切削過程中所產(chǎn)生的動態(tài)周期性力激發(fā)而引起,并能維持其振動不衰減.在切削加工中,切削顫振不僅破壞了被加工零件的表面質(zhì)量,而且還加速了刀具的磨損,嚴(yán)重時(shí)甚至使切削無法進(jìn)。.本文以數(shù)控車床車削直徑較大，壁又很薄的拋物線鋁合金反光鏡為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（反光鏡的表面粗糙度要求Ra≤0.8，如示意圖1），通過實(shí)驗(yàn)的方法，總結(jié)出抑制振動的幾種方法，有效的解決了加工中的振動問題。

圖1

試驗(yàn)中，采用的機(jī)床是日本大隈OKUMA數(shù)控車床，φ40的里孔刀，鏜孔最初切削參數(shù)是吃刀深度0.5mm，轉(zhuǎn)速初始值1000r/min,進(jìn)給量0.05mm/r。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是表面粗糙度極差，切削的過程中噪聲極大，工件響如洪鐘，切削幾乎無法進(jìn)行，經(jīng)分析認(rèn)為是工件本身的剛度不足，切削過程中產(chǎn)生自激振動造成的，通常抑制自激振動的方法可考慮從以下幾個(gè)方面入手，一是調(diào)整切削參數(shù)，二是提高工藝系統(tǒng)本身的抗振性，三是使用消振裝置等，在所有方法中，以第一種和第三種方法最為簡單容易實(shí)現(xiàn)，于是采用了這兩種方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，均取得了較好的效果。

1.1 調(diào)整切削參數(shù)抑制自激振動產(chǎn)生

通過相關(guān)理論可知，自激振動的產(chǎn)生與工藝系統(tǒng)的固有頻率關(guān)系密切，如果工件的轉(zhuǎn)速與工件的固有頻率接近或成整數(shù)倍，在切削的過程中就容易產(chǎn)生自激振動，如果在切削的過程中能盡量使工件的轉(zhuǎn)速盡量遠(yuǎn)離這個(gè)頻率，就可以有效的減少切削中的自激振動，在其它參數(shù)不變的條件下，通過實(shí)驗(yàn)得出以下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表：

?

通過以上數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)工件轉(zhuǎn)速為1200r/mim時(shí)，工件的表面質(zhì)量最差，隨著轉(zhuǎn)速的提高和下降表面質(zhì)量逐步有所改善，但由于受到機(jī)床轉(zhuǎn)速限制，轉(zhuǎn)速無法進(jìn)一步提高，在工件2200r/mim的情況下沒有滿足加工要求，另外進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)速還要考慮刀具的壽命問題。當(dāng)工件轉(zhuǎn)速降至60r/mim時(shí)，工件的表面粗糙度完全符合了工件的要求。通過以上實(shí)驗(yàn)可以看出，通過調(diào)整工件的轉(zhuǎn)速就可以有效的解決切削過程的自激振動問題。但這種方法有時(shí)會受到機(jī)床極限轉(zhuǎn)速的限制和刀具壽命的限制，雖然可以通過降低工件的辦法解決這一問題，但這一般法也存在一定的弊端，那就是加工效率明顯降低，這在單件小批量生產(chǎn)中可以采用，在大批量生產(chǎn)中，會嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)效益，不是最佳解決辦法。

1.2 增加阻尼減振法

雖然通過降低工件轉(zhuǎn)速可有效的解決振動問題，但生產(chǎn)效率大幅度降低了，難以滿足生產(chǎn)的要求。通過觀察分析，加工過程中的振源為工件本身，是工件的壁太薄造成的，如何從工件本身入手解決振動問題是解決問題的關(guān)鍵，通過不斷的實(shí)驗(yàn)，找到了解決問題的有效而簡單的辦法，通過在工件的背面纏繞布帶或膠帶可有效的消耗振動的能量，進(jìn)而減少自激振動的發(fā)生。

2 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床加工長軸常見問題及解決方案

在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床上精加工長軸時(shí)，經(jīng)常會產(chǎn)生以下幾個(gè)問題：一是同一個(gè)機(jī)床同一個(gè)程序加工出來的一批件的徑向尺寸一致性不理想；二是加工出來的長圓柱面錐度很大；三是靠近尾座的直徑尺寸忽大忽小，很難控制。筆者通過農(nóng)機(jī)軸1軸的生產(chǎn)實(shí)踐中，總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)，有效的解決了上述問題，具體如下：

2.1 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床精車徑向尺寸分散的解決辦法

在農(nóng)機(jī)軸數(shù)控車削精加工的過程，發(fā)現(xiàn)同樣的程序，同一臺機(jī)床，加工出來的工件的尺寸很不穩(wěn)定，誤差很難控制在公差范圍之內(nèi)（0.02），通過對整個(gè)生產(chǎn)工藝分析和對前一道工序半成品的測量找到了問題的原因，是誤差復(fù)映現(xiàn)象導(dǎo)致的結(jié)果，原因是上道工序加工采用的是普通機(jī)床車削的，公差要求比較寬（±0.2），而經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的系統(tǒng)剛度較差，在數(shù)控車床上進(jìn)行精加工的過程中，精加工余量的不同，刀具與工件之間的退讓大小會發(fā)生很大的變化，工件余量大時(shí)退讓的距離較大，余量小退讓的距離就小。通過分析和實(shí)驗(yàn)有效的解決了這個(gè)問題，具體做法是把原來的一次走刀，變?yōu)閮纱巫叩?，第一次走刀的目的是使工件的余量均化，保證第二次走刀時(shí)余量接近（±0.04以內(nèi)），從而保證精加工的精度。

2.2 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床加工長軸圓柱度超差的解決辦法

在利用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床加工長軸的過程中發(fā)現(xiàn)，加工出來的工件會出現(xiàn)一定的錐度，加工的余量越大，錐度越明顯，往往會使工件的圓柱度超差，通過分析得知，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是機(jī)床主軸與機(jī)床尾座的剛度不同造成的，尾座的剛度比較弱，在加工的過程中，刀具距離尾座越近工件向后退讓的距離越大，導(dǎo)致工件的尾端尺寸增大，造成工件的圓柱度誤差。針對這種現(xiàn)象，可以通過減少多次走刀，減少精加工余量的辦法解決；也可以通過安裝中心架來提高工件的剛度解決，但這兩種方法都會降低生產(chǎn)率。為了不影響機(jī)床的生產(chǎn)率，筆者利用了數(shù)控機(jī)床本身的特點(diǎn)，提出了更加有效的解決辦法，具體做法是：先試切幾個(gè)軸，然后測出圓柱面的兩端直徑差，再把加工程序改成與試件錐度相反的加工錐面的程序就可解決問題。

2.3 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床加工長軸時(shí)靠近尾座部分徑向尺寸不穩(wěn)定的解決方法

在利用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床加工長軸時(shí)，一般會采用一夾一頂或者雙頂?shù)姆绞竭M(jìn)行裝夾工件，在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，即使工件加工的前一道工序已經(jīng)保證了留下的精加工余量的差異很小，但還是經(jīng)常保證不了工件靠近尾座部分的要求較高尺寸公差，通過反復(fù)的分析和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問道的原因其實(shí)很簡單，問題出在頂尖的夾緊力上，由于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的尾座頂尖的夾緊力是靠人工控制的，每次夾緊力會有很大不同，不同的人操作差異會更大。當(dāng)頂尖的頂緊力比較大時(shí)，系統(tǒng)剛度提高，工件與刀具之間的退讓距離很小，工件的直徑就小。當(dāng)頂尖的頂緊力比較小時(shí)，系統(tǒng)剛度較低，工件與刀具之間的退讓距離較大，工件的直徑就變大。解決這一現(xiàn)象的最簡單辦法是通過操作工的手感來控制頂緊力，這對一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的操作工來說，還是很有效的。但對于操作工經(jīng)常更換的情況下，或在操作者的操作經(jīng)驗(yàn)不足的情況下，并不太容易做到。最有效的解決辦法是去除人為因素的影響，或者把人為因素降低到最小。采用液壓頂尖無疑是減少人為因素影響的最好辦法，但安裝一套液壓頂尖造價(jià)很高。通過實(shí)驗(yàn)，筆者采用了彈性頂尖有效的解決了這個(gè)問題，把固定的頂尖改成了彈性浮動頂尖，操作者可以通過尾座套筒的刻度控制頂尖的彈簧的頂緊力，把頂尖的頂緊力的變化控制在一定的范圍，經(jīng)濟(jì)有效的解決了頂緊力的問題。

[1]顧崇銜.機(jī)械加工工藝學(xué)[M].西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社.

[2]賀長生.切削振顫的預(yù)報(bào)控制[J].長春大學(xué)學(xué)報(bào)