浅析薄壁零件加工中变形振动分析和消振措施

薄壁零件加工中
变形振动分析和消振措施
摘要：车削过程中，工艺系统由于受到各种力的作用，工件和刀具之间常会发生相对振动。

它不仅使加工表面产生波纹，严重恶化加工精度和表面质量。

特别是最后一刀精车，当切削速度提高，常常会发生刺耳的响声，使车削无法继续加工下去。

所以，在加工薄壁零件中，不仅要考虑装夹中工件受力变形的问题，还要注意解决加工中振动问题
关键词：薄壁零件加工变形振动措施
车削薄壁零件在加工中很容易出现问题，如果我们在加工中善于总结经验，就能在加工中找出它的共性、个性和矛盾突出点。

变被动为主动。

从而才能够加工出合格的产品。

要想解决薄壁零件加工中出现的问题，我想从以下几个方面来加以分析。

一、薄壁零件装夹分析
1、薄壁零件的加工特点
薄壁零件以日益广泛地应用个工业部门生产机器零件中，车削薄壁零件的关键是变形、振动问题。

工件产生变形振动的原因大多是由于切削力、夹紧力、定位误差和弹性变形。

其中影响最大的是切削力和夹紧力。

我们在实践过程中减小切削力和切削热主要采取方法是：合理地选择切削用量、合理地选择刀具几何角度、减小夹紧力引起的变形，主要改变和改善夹紧力对零件的作用。

2、车削薄壁零件时采用的装夹方式
以上讲的薄壁零件加工特点是车削中变形和振动问题。

由于薄壁零件的刚性差，车削中容易变形。

所以在装夹时要考虑到夹紧力的方向和着力点。

夹紧力的方向应选择在有利于减小夹紧力的部位。

如薄壁零件为套类，则可将径向夹紧力改为轴向夹紧力；薄壁零件为盘类，
则可该轴向夹紧力为径向夹紧力；当薄壁零件径向和轴向刚性都很差时，保证夹紧力方向与切削力方向一致，就能使较小夹紧力起到较大夹紧力的作用。

还要夹紧力着力点应落在支承点正对面和切削力部位的附近以减小变形振动。

二、减小薄壁套装夹中变形的措施
1、合理确定夹紧力的大小、方向、作用点。

粗、精车加工分开，当粗精车加工使用同一夹具时，粗加工余量大，切削力大。

因而需要较大的夹紧力。

而精车时余量小，切削力小，所需要的夹紧力也就小。

1）改变夹紧力的作用方向。

也就是变径向夹紧力为轴向夹紧力。

因为薄壁套轴向承载能力比径向大，在可能的情况下，尽可能是夹紧力与切削力的方向一致。

这样可以减小夹紧力。

2）增大夹紧力的作用面积。

当我们加工薄壁套零件完毕时，卸下来时会发现零件发生变形。

这是由于三爪夹紧力作用于工件受力面积太小而导致的结果。

我们可以把工件小面积上局部受力变为大面积的均匀受力。

就可以大大地减小工件夹紧力变形。

在实际生产过程中，小批量生产我们都采用结构简单容易制作的扇形卡爪，开缝套来增大夹紧力作用面积以减小变形。

另外引起薄壁套零件在加工中除了夹紧力大小影响工件变形以为，我们还要关注在车削过程中，切削力和切削热对零件加工的影响。

影响切削力大小和切削程度高低主要因素是切削用量选择和刀具几何角度选择。

3）切削用量中对切削力影响最大的是背吃刀量。

对切削热影响最大的是切削速度和刀具锋利状况。

因此车削薄壁套零件应减小背吃刀量和适当降低切削速度，同时应适当增大进给量。

4）车刀几何角度中对切削力影响最大的是主偏角、前角和刃倾角。

增大前角使车刀锋利，排屑顺利，减小切屑与前刀面之间的摩擦，减小切削力和切削热。

根据薄壁套轴向承载能力比径向承载能力大的特点。

适当增大主偏角，可以减小背向力，减小工件变形。

刃倾角取正值，使车刀实际前角增大，刃口圆弧减小。

提高刀具锋利程度，从而减小切削力和切削热。

同时还要兼顾副刀刃与工件之间的摩擦，增大副偏角，减小副刀刃和工件之间的摩擦。

但副偏角过大，刀具散热条件差，刀尖容易磨损，应根据实际加工情况而定。

三、减小薄壁套车削振动的措施
我们知道，机械加工中的振动有三种类型，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。

而自激振动约占比例的65％。

因此薄壁套车削中出现振动现象除了要保证薄壁套有足够的夹紧力使工件不变形，还要研究分析和解决加工中出现工件内外圆表面出现规律性振动波纹，产生刺耳的响声。

那么车削薄壁套产生振动响声是什么原因造成的呢？我们经过实践加工过程中，经常在加工刚性较差的轴类和套类时，当切削量中，如果选择切削速度高，背吃量大，进给量小的，就会出现振动现象，发出异常的响声。

当切削速度降低时，吃刀量变小，进给量增大，振动就会自然消失。

由此得出结论，车削中振动现象与合理选择切削用量有关。

实践证明，在任何情况下，都应该尽量避免切除宽而薄的切屑（即在切削深度大和进给量小的情况下切除切屑），实践还证明，当切削速度在每分钟15～20米低速度和每分钟80～100米高速度。

它可以避免自激振动产生。

在中等切削速度每分钟35～50米时，容易自激振动。

车削薄壁工件，因变形而易引起振动，而振动又将加剧工件的变形，两者相互关联。

完全的消除振动甚为困难，但采取必要措施来减小或消除局部振动却是可行的。

（1）调整车床、床鞍、刀架和滑动部位。

如间隙过大，须进行调整，减小间隙使各转动和滑动部位达到最佳状态。

（2）使用吸振材料。

用橡胶片、软橡胶管填充或包裹工件后车削。

当工件旋转时，在离心力的作用下橡胶片将紧贴孔壁，能阻碍减振并防止振动传播。

（3）填充低熔点物质。

通常选用石蜡、低熔点物质。

（4）合理选择刀杆，尽可能增大刀杆截面积，缩短刀杆伸出长度，以增加刀杆刚性，还可以选择弹性刀杆。

（5）合理选择车刀几何参数。

1)选择适当的主偏角。

主偏角过小，切削面积增大。

易产生振动。

车内孔时主偏角不能过大（不能大于90°）否则切削不稳定，易产生振动。

2）增大副偏角可以减小刀刃与工件的接触面，减小摩擦抗力，使切削平稳。

3）前角对振动强度很大，应在前刀面磨出尺槽以增大前角，使刀刃锋利，出屑顺利。

车削薄壁零件发生振动现象，即便是同型号机床，采用完全相同的装夹，选用完全相同的切削量和刀具几何参数，对材料相同，形状相同的零件进行同样切削，其振动程度也可能不一样。

因此在实践过程中，完全要依靠自己摸索掌握，任何书本都不能规定出具体的数值。

因此要求操作者基本功扎实，善于在加工过程中积累经验，勇于摸索。

企图通过加工少许的零件，并在短时间内掌握技术的，是不可能的。

下面以加工薄壁套零件为加工实例。

通过分析，来提高掌握薄壁套的加工方法，从而保证加工质量，提高生产效率。

见下图1
图1 薄壁套零件
一、工件特点分析
从零件图样要求及加工精度来看，加工此零件难度有几点：它的内外圆直径差很小，强度当然就弱。

如果在卡盘上三爪夹紧力过大，
就会使零件变形，造成零件圆度误差这是其一；其二，根据图样要求内孔与外圆有同轴交要求，如果按常规装夹方式很难保证精度的要求，还会发生变形振动，无法加工下去。

二、解决方案
通过以上难点分析，此零件要想在加工中不变形，不振动可以采取两种装夹方法：
第一、采用扇形软卡爪或开缝套筒，将工件小面积上的局部受力变为大面积上的均匀受力。

因为此零件内外圆直径差很小，强度弱，以外圆装夹定位加工内孔。

如用三爪夹紧定位粗车内孔时还不会发生太大变形。

到精车时，内孔尺寸与外圆尺寸直径差很小且容易发生变形，影响尺寸和精度，所以采用扇形软卡爪或开缝套筒就能解决此问题。

第二、内孔精车好以后，采用在车床上加工一个芯轴，以芯轴作为内孔定位基准。

即能保证零件同轴要求，又能很好防止零件变形振动。

因为芯轴作用把径向夹紧转为轴向夹紧，薄套轴向承载能力比径向大，且轴向夹紧力与切削力方向不一致。

这样可以减小轴向夹紧力，使工件不易产生变形。

（见图2所示）
芯轴工件轴向夹紧套压紧螺母
图2
另外，在加工此零件还要充分考虑车削和切削用量选择以及刀具的合理角度，并且在加工过程中加注切削液冷却，保证工件不受热变形。

结束语：薄壁套零件日益在工业部门广泛应用。

如何减少消除加工中的变形振动，保证工件加工精度，一直是困扰我们的一个难题。

我想在今后实践过程中，不管遇到什么样的难加工的薄壁零件，只要
通过实践摸索，善于积累经验，认真总结分析，采取正确装夹方式。

选择合理切削用量和刀具角度，就能变被动为主动，就能加工出合格的产品。

参考文献：
（1）高级车工技能训练中国劳动出版社 1991.6
（2）车工工艺与技能训练中国劳动社会保障出版社 2006.1
（3）徐平田主编机床加工操作禁忌实例中国劳动社会保障出版社 2004．9。