铣削振动的分析和解决方案
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薄壁工件的铣削用90度主偏角的刀具。
薄壁工件铣削发生振动的原因完全来自于工件，这种工件一般是箱式或者碗式零件 。 改善工件夹持。如：增加合适的辅助支撑点，在夹具和机床工作台面之间加装一层 木板，用粗大的橡皮条或者弹簧勒在壳体的外面，在箱体内部充满湿沙子等等，奇 思妙想不一而足。 在铣削薄腹板时，推荐使用90度面铣刀以减小对腹板的轴向切削力。 90的主偏角铣 刀比如CoroMill390刀体，配以轻快的切削刃口刀片和正前角槽型的刀片，切削力最 为轻快。
20
4、减振方法
提高刀具的动态刚性—什么时候用阻尼避振刀杆？
刀杆描述和加工部位 合金钢刀杆车削内孔 硬质合金刀杆车削内 孔 标准Teness阻尼避振 刀杆车削内孔 特殊Teness阻尼避振 刀杆车削内孔 主要减振策略 降低与抑制切削 力，增强刀具和 工件的静态刚性 降低与抑制切削 力，增强刀具和 工件的静态刚性 增强刀具的动态 刚性 为专门加工设计 的增强刀具的动 态刚性系统同时 增强刀具的静态 刚性 长径比 4：1 5~6：1 12:1 15~16： 1
4
振动不严重时，用调整切削参数的方法。
调整切削参数只对切削振动不严重的刀具可能有效。 一般的调整方法如下：
降低刀具或者工件的回转速度；
减小切深并提高铣刀的走刀量； 内螺纹的车削产生振动，可将完成螺纹车削的进刀步骤减少1至2刀。
5
从四个方面考虑减振：
1. 降低切削力； 2. 应对系统刚性差； 3. 提高刀具系统的刚性； 4. 刀具减振。
18
4、减振方法
面铣刀采用疏齿不等距铣刀来减小铣削振动。
“齿”指刀片。同样直径的面铣刀比如100毫 米，那么5个刀片的刀盘肯定比10个刀片的铣 刀产生的铣削力小50%。其实5个刀片的100毫 米刀盘相对于10个刀片的刀盘既为疏齿刀盘， 如果刀片之间的间隔是不等的即为疏齿不等距 铣刀，这种面铣刀不仅切削力小而且是没有固 定频率去刺激工艺系统发生共振。
内螺纹车削
通用的 HRC40 以上的合金钢刀杆，刀杆夹持悬深与刀杆直径 内孔槽的车削 比大于 2； 或镗削 刀杆夹紧采用螺拴侧压，定位采用 V 型铁或孔柱间隙配合。 通用的 HRC40 以上的合金钢刀杆，刀杆从主轴端部向外悬深 与刀杆直径比大于 3 到 4； 模块化刀杆的模块接口磨损影响定位或者接口类型不适合铣削 加工； 刀杆的模块化接口之间拉紧力不够。
铣削
3
切削振动的三个分类
声音 加工表面质量 产生条件
小直径细长刀杆或者薄壁工件 进行高转速切削 中等直径铣刀杆中低转速，刀 杆长径比超过 5，刀杆振动
高频啸叫 类似起皱的丝绸 类似哨音 中频振动 类似汽车 类似鱼鳞 笛声
大型结构工件产生自振，如大 的壳体.若是刀杆同时振动，可 低频振动 类似鱼鳞但是之间的波 能是刀头过重而且刀杆连接部 类似蛙鸣 纹很大又平缓 位配合不好，同时刀杆总长超 长，转速通常在 100 转以下
通用的 HRC40 以上的合金钢刀杆，刀杆夹持悬深与刀杆直径 比大于 4； 内孔车、镗削 同时刀杆夹紧采用螺拴侧压，定位采用 V 型铁或孔柱间隙配 合； 刀尖偏离孔中心线 0.1mm 以上。
2
机夹刀片车镗刀与铣刀的切削振动条件
机加工描述 产生振动的极限条件
通用的 HRC40 以上的合金钢刀杆，刀杆夹持悬深与刀杆直径 比大于 3； 刀杆夹紧采用螺拴侧压，定位采用 V 型铁或孔柱间隙配合。
这样的刀片在镗削或铣削中的切削楔入角最小，切削当然 轻快。在车削与镗削中，7度和11度后角是最常见的刀片 ，刀片为螺钉夹持的最多；在20mm以下的孔镗削中，即 便不存在振动问题，也通常选择11度后角的刀片，例如山 特维克可乐满的TPMT,DPMT,VCEX的刀片（V型刀片后角 为7度或11度）。后角以7或11度后角刀片为主要推荐，因 为它们是ISO标准刀片，不同厂家的刀片可以互换； 车刀片适用于镗削加工，现代机夹车刀片按照粗精加工分 为不同的断屑槽槽型，比如像可乐满刀片槽型 PF,KM,MF,KR等，其中的第二位表示刀片适合的加工，F 表示Finishing为精加工，这是适合做减振镗削的刀片，当 然刀片应该配以刃口耐冲击的材质才可以，比如PF4225,PF-4035,WK-4225等等。
还可以通过拆除现有刀盘上的刀片数目来实现 疏齿铣削，但是要注意不能只摘除其中的某一 两个刀片，这样的结果会使其相隔刀片因每齿 走刀量翻倍而造成刃口崩碎。正确的拆除办法 是拆掉一半的刀片，所以在购买面铣刀时尽量 避免奇数齿刀盘。
19
4、减振方法
提高刀具的动态刚性—被动阻尼避振刀杆
我们可以看出，加工中心的镗削 和铣削系统要比内孔车削受力复 杂的多，单靠搜索结点的安全性 ，降低切削力或者单纯提高刀体 的静态刚性很难解决振动问题， 而且上面两种办法都会降低生产 效率，牺牲刀片刃口的安全性， 如果生产任务要求我们高效安全 地进行更深的孔或腔体的加工， 而且重复生产的操作性要强， 解 决这一瓶颈的办法就是采用阻尼 避振刀杆。
14
提高刀杆的静态刚性(StaticToughness)
有时候因为加工的孔形状特殊，需要设计特殊断面的刀 杆来保证刀杆在切削力方向刚性最强。
15
使用整体硬质合金或重金属刀杆 提高刀杆的静态刚性(StaticToughness)
很多刀具厂商都制作整体硬质合金刀杆或重金属刀杆，因为这些材料的抗压强度大， 合金钢的抗压强度(compressive strength)为210Gpa，而整体硬质合金的抗压强度为 900Gpa，是钢刀杆强度的2.5倍。重金属是一种高比重的合成材料，淬火之前很软容 易切削成型，成型后可以淬硬，但是它的减振效果不如整体硬质合金刀杆。
13
3、提高刀具系统的刚性——
提高刀杆的静态刚性。
最为简单明了的做法是加大刀杆的直径，将外伸刀杆的悬伸做到最短 如果镗刀的刀尖产生160公斤的切削力，直径32毫米的镗刀杆悬伸320毫米时产生的刀杆 前端弹变为1.6毫米，是同样这根刀杆悬伸128毫米时产生弹变的16倍！ 如果镗刀的刀尖产生160公斤的切削力，直径32毫米的镗刀杆悬伸320毫米时产生的刀杆 前端弹变为1.6毫米，若把直径增粗到40毫米则端部弹变减小到0.64毫米！
9
2、如何应对系统刚性差——
细长杆的铣刀，圆刀片铣刀最有利于消振。
铣刀与镗刀相反，主偏角越接 近90度径向切削力越大，刀杆 振动越大。所以在模具深孔型 腔的面铣削加工中通常选用45 度主偏角铣刀，如果切深小于 1mm常采用圆刀片铣刀或者球 刀。
10
R200铣刀直径80mm，刀片直径16mm，PM槽型， 4030刀片材质，切深2mm，每齿走刀0.3mm, 铣宽 60mm，铣削速度180m/min铣削，HB220的45钢， 无 任何振动。
切削振动的原因
刀具在切削工件时发生振动需要有下面三个条件同时存在：
1、包括刀具在内的工艺系统刚性不足，导致其固有频率低； 2、切削产生了一个足够大的外激力； 3、这个外激力的频率与工艺系统的固有频率相同，随即产生共振。
1
机夹刀片车镗刀与铣刀的切削振动条件
机加工描述 产生振动的极限条件
外圆车削
被定义为细长轴的零件外圆车削，通常由尾部顶尖支撑但是没 有跟刀架
16
3、提高刀具系统的刚性——
改善刀杆的夹持方法。
第一种方法先镗出与刀杆为过渡配合的孔，若 是刀杆直径较大,比如80毫米，则将孔一侧铣开 。侧面的夹紧螺钉中要有两个顶丝，利于大径 较重的刀杆装配，其余的为刀杆夹紧螺栓。小 直径镗杆则选用Easy-Fix夹套夹持。 第二种和第三种方法刀杆与定位面只能产生线 接触，在刀具振动时相对晃动，另外螺钉与刀 杆接触部位压力与压强太大，重金属或者硬质 合金刀杆在振动时易在这些点发生断裂。
12
2、如何应对系统刚性差——
铣削力的方向与工件的夹持力方向一致。
合理安排走刀的工艺路线对于铣削加 工非常重要。
铣削有顺铣和逆铣之分，传统的铣削 理论将逆铣有利于减少铣削振动，其 实是指有利于抑制丝杠的间隙产生的 振动。如今的铣削设备大都安装了滚 珠甚至滚柱丝杠，所以逆铣消振的意 义不大。 无论是顺铣还是逆铣只要铣削力的方 向与工件的夹持方向一致就有利于消 除弯板类零件的振动。
pos.
neg..
8
1、降低切削力——
切深一定时，使用小的刀尖圆弧半径。
比如刀片的刀尖角为0.8mm不变时，随着刀片切 深的增加，细长的镗刀或铣刀杆振动倾向在切 深ap和刀尖圆弧半径（r=0.8mm)相等时最大， 当切深ap大于刀尖半径r后，刀杆的振动反而被 抑制；
图中的R代表镗杆的弹变，可以看出当切深ap 与等于刀尖圆弧半径时弹变最大，而且随着切 深增加弹变不会再增加，因为径向切削力FCN 在ap=r时最大，ap再增加只会增加轴向抗力，而 轴向抗力不是细长刀杆产生振动弹变的原因， 反过来还会使刀杆保持稳定。
21
4、减振方法
提高刀具的动态刚性—被动阻尼避振刀杆
m
g
22
4、减振方法
提高刀具的动态刚性—被动阻尼避振刀杆
悬伸300毫米的25毫米直径Teness阻尼镗杆，在镗削调 质40Cr时，切深1.5毫米，走刀0.20毫米，刀尖从切到 工件开始振动（振幅0.12mm)到刀尖消除振幅只用了 0.03秒
23
2、如何应对系统刚性差——
细长Байду номын сангаас立铣刀铣削深型腔时，采用插铣。
插铣就是刀具象钻头一样轴向进刀。 当铣削深的型腔时，通常长杆的悬伸 大于3倍的刀杆直径，我们推荐使用轴 向进刀的插铣方法。立铣刀刀片刃口 有一定的径向切削刃，刀具供应商能 提供此刀具在插铣时的最大吃刀宽度 。
11
2、如何应对系统刚性差——
17
3、提高刀具系统的刚性——
选用好的刀具接口
加工中心的传统7:24刀柄系统在长悬臂 刀具加工时的抗振性能不如HSK和BigPlus刀柄。 加工中心的回转刀具(Rotating Tools)分 为整体式刀柄和模块式组合刀柄两种 ，模块式刀柄不一定比整体式刀柄的 刚性差，只要刀柄的模块化接口是先 进的短锥大端面双定位面系统，山特 维克可乐满的Capto刀柄模块系统是其 中的代表，它的+/2um的重复定位精度 和完美的抗弯与抗扭特性使刀柄系统 刚性得以保持，因为良好的组合性， 倒锥型刀柄最大限度的提高了铣镗刀 具的抗弯性能，并且为可乐满的多家 竞争对手选为自己的刀具接口。
6
1、降低切削力——
使用锋利的刀片。
非涂层刀片通常比涂层刀片要锋利 即便是涂层刀片，物理涂层（PVD ）也比化学涂层（CVD或MTCVD） 的刃口更锋利 判断刃口的锋利度可以从它在指甲 盖上是否划出成形的屑来判断
刃口的钝化半径通 常在35u到75u之间
7
1、降低切削力——
使用正前角和大后角的刀片配以轻快的断屑槽。
薄壁工件铣削发生振动的原因完全来自于工件，这种工件一般是箱式或者碗式零件 。 改善工件夹持。如：增加合适的辅助支撑点，在夹具和机床工作台面之间加装一层 木板，用粗大的橡皮条或者弹簧勒在壳体的外面，在箱体内部充满湿沙子等等，奇 思妙想不一而足。 在铣削薄腹板时，推荐使用90度面铣刀以减小对腹板的轴向切削力。 90的主偏角铣 刀比如CoroMill390刀体，配以轻快的切削刃口刀片和正前角槽型的刀片，切削力最 为轻快。
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4、减振方法
提高刀具的动态刚性—什么时候用阻尼避振刀杆？
刀杆描述和加工部位 合金钢刀杆车削内孔 硬质合金刀杆车削内 孔 标准Teness阻尼避振 刀杆车削内孔 特殊Teness阻尼避振 刀杆车削内孔 主要减振策略 降低与抑制切削 力，增强刀具和 工件的静态刚性 降低与抑制切削 力，增强刀具和 工件的静态刚性 增强刀具的动态 刚性 为专门加工设计 的增强刀具的动 态刚性系统同时 增强刀具的静态 刚性 长径比 4：1 5~6：1 12:1 15~16： 1
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振动不严重时，用调整切削参数的方法。
调整切削参数只对切削振动不严重的刀具可能有效。 一般的调整方法如下：
降低刀具或者工件的回转速度；
减小切深并提高铣刀的走刀量； 内螺纹的车削产生振动，可将完成螺纹车削的进刀步骤减少1至2刀。
5
从四个方面考虑减振：
1. 降低切削力； 2. 应对系统刚性差； 3. 提高刀具系统的刚性； 4. 刀具减振。
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4、减振方法
面铣刀采用疏齿不等距铣刀来减小铣削振动。
“齿”指刀片。同样直径的面铣刀比如100毫 米，那么5个刀片的刀盘肯定比10个刀片的铣 刀产生的铣削力小50%。其实5个刀片的100毫 米刀盘相对于10个刀片的刀盘既为疏齿刀盘， 如果刀片之间的间隔是不等的即为疏齿不等距 铣刀，这种面铣刀不仅切削力小而且是没有固 定频率去刺激工艺系统发生共振。
内螺纹车削
通用的 HRC40 以上的合金钢刀杆，刀杆夹持悬深与刀杆直径 内孔槽的车削 比大于 2； 或镗削 刀杆夹紧采用螺拴侧压，定位采用 V 型铁或孔柱间隙配合。 通用的 HRC40 以上的合金钢刀杆，刀杆从主轴端部向外悬深 与刀杆直径比大于 3 到 4； 模块化刀杆的模块接口磨损影响定位或者接口类型不适合铣削 加工； 刀杆的模块化接口之间拉紧力不够。
铣削
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切削振动的三个分类
声音 加工表面质量 产生条件
小直径细长刀杆或者薄壁工件 进行高转速切削 中等直径铣刀杆中低转速，刀 杆长径比超过 5，刀杆振动
高频啸叫 类似起皱的丝绸 类似哨音 中频振动 类似汽车 类似鱼鳞 笛声
大型结构工件产生自振，如大 的壳体.若是刀杆同时振动，可 低频振动 类似鱼鳞但是之间的波 能是刀头过重而且刀杆连接部 类似蛙鸣 纹很大又平缓 位配合不好，同时刀杆总长超 长，转速通常在 100 转以下
通用的 HRC40 以上的合金钢刀杆，刀杆夹持悬深与刀杆直径 比大于 4； 内孔车、镗削 同时刀杆夹紧采用螺拴侧压，定位采用 V 型铁或孔柱间隙配 合； 刀尖偏离孔中心线 0.1mm 以上。
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机夹刀片车镗刀与铣刀的切削振动条件
机加工描述 产生振动的极限条件
通用的 HRC40 以上的合金钢刀杆，刀杆夹持悬深与刀杆直径 比大于 3； 刀杆夹紧采用螺拴侧压，定位采用 V 型铁或孔柱间隙配合。
这样的刀片在镗削或铣削中的切削楔入角最小，切削当然 轻快。在车削与镗削中，7度和11度后角是最常见的刀片 ，刀片为螺钉夹持的最多；在20mm以下的孔镗削中，即 便不存在振动问题，也通常选择11度后角的刀片，例如山 特维克可乐满的TPMT,DPMT,VCEX的刀片（V型刀片后角 为7度或11度）。后角以7或11度后角刀片为主要推荐，因 为它们是ISO标准刀片，不同厂家的刀片可以互换； 车刀片适用于镗削加工，现代机夹车刀片按照粗精加工分 为不同的断屑槽槽型，比如像可乐满刀片槽型 PF,KM,MF,KR等，其中的第二位表示刀片适合的加工，F 表示Finishing为精加工，这是适合做减振镗削的刀片，当 然刀片应该配以刃口耐冲击的材质才可以，比如PF4225,PF-4035,WK-4225等等。
还可以通过拆除现有刀盘上的刀片数目来实现 疏齿铣削，但是要注意不能只摘除其中的某一 两个刀片，这样的结果会使其相隔刀片因每齿 走刀量翻倍而造成刃口崩碎。正确的拆除办法 是拆掉一半的刀片，所以在购买面铣刀时尽量 避免奇数齿刀盘。
19
4、减振方法
提高刀具的动态刚性—被动阻尼避振刀杆
我们可以看出，加工中心的镗削 和铣削系统要比内孔车削受力复 杂的多，单靠搜索结点的安全性 ，降低切削力或者单纯提高刀体 的静态刚性很难解决振动问题， 而且上面两种办法都会降低生产 效率，牺牲刀片刃口的安全性， 如果生产任务要求我们高效安全 地进行更深的孔或腔体的加工， 而且重复生产的操作性要强， 解 决这一瓶颈的办法就是采用阻尼 避振刀杆。
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提高刀杆的静态刚性(StaticToughness)
有时候因为加工的孔形状特殊，需要设计特殊断面的刀 杆来保证刀杆在切削力方向刚性最强。
15
使用整体硬质合金或重金属刀杆 提高刀杆的静态刚性(StaticToughness)
很多刀具厂商都制作整体硬质合金刀杆或重金属刀杆，因为这些材料的抗压强度大， 合金钢的抗压强度(compressive strength)为210Gpa，而整体硬质合金的抗压强度为 900Gpa，是钢刀杆强度的2.5倍。重金属是一种高比重的合成材料，淬火之前很软容 易切削成型，成型后可以淬硬，但是它的减振效果不如整体硬质合金刀杆。
13
3、提高刀具系统的刚性——
提高刀杆的静态刚性。
最为简单明了的做法是加大刀杆的直径，将外伸刀杆的悬伸做到最短 如果镗刀的刀尖产生160公斤的切削力，直径32毫米的镗刀杆悬伸320毫米时产生的刀杆 前端弹变为1.6毫米，是同样这根刀杆悬伸128毫米时产生弹变的16倍！ 如果镗刀的刀尖产生160公斤的切削力，直径32毫米的镗刀杆悬伸320毫米时产生的刀杆 前端弹变为1.6毫米，若把直径增粗到40毫米则端部弹变减小到0.64毫米！
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2、如何应对系统刚性差——
细长杆的铣刀，圆刀片铣刀最有利于消振。
铣刀与镗刀相反，主偏角越接 近90度径向切削力越大，刀杆 振动越大。所以在模具深孔型 腔的面铣削加工中通常选用45 度主偏角铣刀，如果切深小于 1mm常采用圆刀片铣刀或者球 刀。
10
R200铣刀直径80mm，刀片直径16mm，PM槽型， 4030刀片材质，切深2mm，每齿走刀0.3mm, 铣宽 60mm，铣削速度180m/min铣削，HB220的45钢， 无 任何振动。
切削振动的原因
刀具在切削工件时发生振动需要有下面三个条件同时存在：
1、包括刀具在内的工艺系统刚性不足，导致其固有频率低； 2、切削产生了一个足够大的外激力； 3、这个外激力的频率与工艺系统的固有频率相同，随即产生共振。
1
机夹刀片车镗刀与铣刀的切削振动条件
机加工描述 产生振动的极限条件
外圆车削
被定义为细长轴的零件外圆车削，通常由尾部顶尖支撑但是没 有跟刀架
16
3、提高刀具系统的刚性——
改善刀杆的夹持方法。
第一种方法先镗出与刀杆为过渡配合的孔，若 是刀杆直径较大,比如80毫米，则将孔一侧铣开 。侧面的夹紧螺钉中要有两个顶丝，利于大径 较重的刀杆装配，其余的为刀杆夹紧螺栓。小 直径镗杆则选用Easy-Fix夹套夹持。 第二种和第三种方法刀杆与定位面只能产生线 接触，在刀具振动时相对晃动，另外螺钉与刀 杆接触部位压力与压强太大，重金属或者硬质 合金刀杆在振动时易在这些点发生断裂。
12
2、如何应对系统刚性差——
铣削力的方向与工件的夹持力方向一致。
合理安排走刀的工艺路线对于铣削加 工非常重要。
铣削有顺铣和逆铣之分，传统的铣削 理论将逆铣有利于减少铣削振动，其 实是指有利于抑制丝杠的间隙产生的 振动。如今的铣削设备大都安装了滚 珠甚至滚柱丝杠，所以逆铣消振的意 义不大。 无论是顺铣还是逆铣只要铣削力的方 向与工件的夹持方向一致就有利于消 除弯板类零件的振动。
pos.
neg..
8
1、降低切削力——
切深一定时，使用小的刀尖圆弧半径。
比如刀片的刀尖角为0.8mm不变时，随着刀片切 深的增加，细长的镗刀或铣刀杆振动倾向在切 深ap和刀尖圆弧半径（r=0.8mm)相等时最大， 当切深ap大于刀尖半径r后，刀杆的振动反而被 抑制；
图中的R代表镗杆的弹变，可以看出当切深ap 与等于刀尖圆弧半径时弹变最大，而且随着切 深增加弹变不会再增加，因为径向切削力FCN 在ap=r时最大，ap再增加只会增加轴向抗力，而 轴向抗力不是细长刀杆产生振动弹变的原因， 反过来还会使刀杆保持稳定。
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4、减振方法
提高刀具的动态刚性—被动阻尼避振刀杆
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4、减振方法
提高刀具的动态刚性—被动阻尼避振刀杆
悬伸300毫米的25毫米直径Teness阻尼镗杆，在镗削调 质40Cr时，切深1.5毫米，走刀0.20毫米，刀尖从切到 工件开始振动（振幅0.12mm)到刀尖消除振幅只用了 0.03秒
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2、如何应对系统刚性差——
细长Байду номын сангаас立铣刀铣削深型腔时，采用插铣。
插铣就是刀具象钻头一样轴向进刀。 当铣削深的型腔时，通常长杆的悬伸 大于3倍的刀杆直径，我们推荐使用轴 向进刀的插铣方法。立铣刀刀片刃口 有一定的径向切削刃，刀具供应商能 提供此刀具在插铣时的最大吃刀宽度 。
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2、如何应对系统刚性差——
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3、提高刀具系统的刚性——
选用好的刀具接口
加工中心的传统7:24刀柄系统在长悬臂 刀具加工时的抗振性能不如HSK和BigPlus刀柄。 加工中心的回转刀具(Rotating Tools)分 为整体式刀柄和模块式组合刀柄两种 ，模块式刀柄不一定比整体式刀柄的 刚性差，只要刀柄的模块化接口是先 进的短锥大端面双定位面系统，山特 维克可乐满的Capto刀柄模块系统是其 中的代表，它的+/2um的重复定位精度 和完美的抗弯与抗扭特性使刀柄系统 刚性得以保持，因为良好的组合性， 倒锥型刀柄最大限度的提高了铣镗刀 具的抗弯性能，并且为可乐满的多家 竞争对手选为自己的刀具接口。
6
1、降低切削力——
使用锋利的刀片。
非涂层刀片通常比涂层刀片要锋利 即便是涂层刀片，物理涂层（PVD ）也比化学涂层（CVD或MTCVD） 的刃口更锋利 判断刃口的锋利度可以从它在指甲 盖上是否划出成形的屑来判断
刃口的钝化半径通 常在35u到75u之间
7
1、降低切削力——
使用正前角和大后角的刀片配以轻快的断屑槽。