数控机床切削时的振动分析及预防措施

数控机床切削时的振动分析及预防措施

摘 要：切削时数控机床产生的振动对加工过程和工件的加工质量以及数控机床连接特性都有很大影响，而且还会影响生产效率。因此，减少数控机床振动的产生，对控制产品的质量非常关键。本文对数控机床切削加工时产生振动的各种原因进行了归纳，分析了数控机床振动对产品加工质量造成的影响，提出了防止和减小数控机床振动的各种有力措施。

关键词：数控机床切削 振动 分析

1、振动产生的原因

产品切削加工过程中数控机床所发生的振动是非常复杂的，引起振动的原因是多方面的，经分析，主要有以下几个方面：

（1）工件的外形复杂而装夹部位选择不合适：工件外形结构不规则，没有好的基准面，不方便装夹，工件夹不紧，容易在加工时产生松动，随着切削力的变化而发生相应振动。

（2）工件内部组织不均匀：铸造毛坯件局部有气孔、砂眼、疏松等缺陷，晶粒粗大或者夹有杂质等情况。切削时铸件软硬不均匀，刀具受力不均匀，使得切削力不稳定，易使数控机床产生震动，有时还会造成打刀，工件的加工质量也很难控制。

（3）刀具选择不合理：刀体材料不合适，刚性差，是引起振动的主要原因之一。若选错了刀具，有时会使刀具磨损加剧或引起切屑瘤、拉毛工件表面或出现打刀引起振动而影响产品质量。

（4）切削用量和数控机床转速的选择不合适：

① 切削速度1000ω

ωπn d v =。切削速度与工件待加工表面直径、工件转速成正

比，当ωd 一定时，转速越快，切削速度越快，引起振动的可能性越大； ②进给量f 越大，刀尖受力越大，越容易引起振动：

③切削深度p a 切削深度越大，受到的剪应力越大越引起对刀尖的阻力增大

而引起振动。

（5）数控机床自身状况的影响数控机床本身的精度不够也是振动产生的一个方面。数控机床主轴箱内各啮合齿轮、轴承等配合精度低，导轨的磨损，各夹紧装置的不可靠等，在切削中都可能产生振动。

（6）数控机床周围环境的影响附近有产生振动的大型设备，或有重型车辆在行驶，引起地基振动，并传递到床身．易造成共振。

2、振动对加工质量的影响

振动对加工质量的影响是非常大的，主要表现在以下几个方面：

（1）加工过程中的振动降低了加工表面的质量，引起加工表面的振动波纹，表面粗糙度值大。它还会使工件和刀具之间产生相对位移，影响正常的运动轨迹。这样，就降低了加工表面的质量和尺寸精度。

（2）降低了刀具的使用寿命由于振动的产生，影响刀具的正常切削条件，加快了刀具的磨损，甚至会引起切削刃的崩裂，大大降低了刀具的使用寿命。

（3）影响和降低了生产效率为了避免剧烈的振动，不得不降低切削用量。同时，由于降低了刀具的使用寿命，频繁换刀、磨刀，使生产效率下降。

（4）使数控机床的原始精度下降，由于振动使数控机床的运动元件之间松动，间隙增大，加快了数控机床零件的磨损，造成数控机床精度下降，影响切削质量，降低数控机床的使用寿命。

（5）影响工作环境因振动会产生刺耳的噪声，使操作者的身心健康受到损害，降低工作效率。

3、防止和减小振动的措施

由于振动产生的原因是多方面的，我们可以运用全面质量管理体系中因果分析法，依据具体情况具体分析，判断振动产生的原因和性质，采取有效措施，避免和减少振动的产生。

3．1人的因素

提高业务水平，丰富实践经验，加强责任心，提高设备维护水平，正确使用和保养数控机床设备，保证良好的润滑和正常运行。

3．2 机器的因素

（1）提高数控机床自身的抗振性：可以从改善数控机床刚性，提高数控机

床零件加工和装配质量方面合理保养数控机床，使其处于最佳工作状态。

（2）合理提高系统刚度：车削细长轴(L/D>12)采用弹性顶尖及辅助支承(中心架或跟刀架)来提高工件抗振性能的同时，用冷却液冷却以减小工件的热膨胀变形，减小刀具悬伸长度；刀具高速自振时，宜提高转速和切削速度，以提高切削温度，消除刀具后刀面摩擦力下降特性和由此引起的自振，但切削速度不宜高于1．33m/s （80m/min ）；对数控机床主轴系统，要适当减小轴承间隙，滚动轴承应施加适当的预应力以增加接触刚度，提高数控机床的抗振性能；合理安捧刀具和工件的相对位景。

3．3 材料的因素

提高毛坯材料的质量：要求上道工序的毛坯内部质量好，避免气孔、砂眼、疏松等缺陷，同时外观形状规则、均匀，可以减小工件在切削加工过程中的振动。

3．4 方法的因素

（1）工件要正确装夹

工件夹紧时，夹紧点要选在工件刚性好，且变形小的部位，以减小接触变形，并且距工件承受切削力的位置越近越好，以减小工件受到力矩作用引起变形而产生振动。

（2）合理选择刀具的材料

加工脆性材料可选用钨钴类硬质合金刀具，加工塑性材料可选用钨钴钛类硬质合金刀具。如钨钴类YG8和钨钴钛类YT5，抗振性强，分别适用于铸铁、有色金属和钢件的粗加工；而YG3和YT15则适用于精加工。

（3）合理选择刀具的几何角度

刀具在切削过程中，对产生振动影响最大的几何角度是主偏角和前角。选择刀具的几何角度时，一般注意以下几个方面：

①工件系统刚性较弱时，应采用较大的主偏角，在 75～ 90时，可有效减小径向切削分力。

② 适当增大前角，使切削刃光滑锐利，降低表面粗糙度值，减小切削和刀具前面的摩擦力，可同时抑制和排除切削瘤产生，降低径向切削分力。

③尽量不采用负前角，尽量选用较小的刀尖圆弧半径。

（4）合理选用切削用量

在车削速度v=50～6Om/min时稳定性最低。最容易产生自振。因此，要尽量选择合适的切削速度，在精密加工时宜采用高速切削，一般加工宜采用低速切削。同时，进给量越大，振幅越小；背吃刀量越小振幅越小。在工件表面粗糙度值允许的前提下，应选择较大的进给最和较小的背吃刀量。

（5）工作环境的选择精密数控机床要尽量同粗加工数控机床分开布置，远离锻造等工序的工作场地，远离有重型车辆行驶的公路等，尽量减少环境对数控机床的影响。

结语

通过以上分析，我们要尽量使用和维护好数控机床，提高主轴与轴承、齿轮与齿轮啮合、移动部件与导轨之间的配合精度；正确选择刀具材科，合理选用切削用量，采用适宜的加工方法，减小数控机床切削时振动的产生，提高产品质量，提高生产效率，提高数控机床的使用寿命。