车削过程中的振动和消振措施

在金属切削机床上对零件进行切削加工时，一般工艺系统所受的力包括切削力、夹紧力、运动部件的惯性力、接触部件相对运动的摩擦力、外界的干扰力、机床内部的激振力以及工件和夹具的重力等。这些力作用在机床、工件和刀具上，使其产生一定的弹性变形，导致工艺系统产生振动。在进行切削加工时，由于工艺系统发生强烈的相对振动，从而使工艺系统的各种成形运动受到干扰和破坏，这不仅使加工表面产生波纹，严重降低加工精度和表面质量，而且缩短机床和刀具的使用寿命，降低切削效率。随着科学技术的不断发展，零件表面的质量要求越来越高，振动往往成为提高产品质量的主要障碍。所以，在切削过程中应先了解振动产生的原因，然后采取相应的解决办法，本文主要介绍车削过程中产生的振动及消振措施。

一、车削过程中的振动

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，车削中强迫振动产生的原因有以下几种；

（1）不平衡离心惯性力。当车床工作时，一些零部件如电动机、皮带轮、主轴部件以及传动齿轮等，由于存在质量偏心，在高速回转时产生离心惯性力，这种离心惯性力就是使机床产生振动的激振力。

（2）传动机构的缺陷。机床上的零部件，特别是传动中的旋转零件，由于制造不精确，装配不良，转动时会产生周期性的干扰，成为强迫振动的振源。

（3）断续切削。加工断续的工件（如形状不规则的工件和偏心工件）表面，常常会发生刀具与工件的冲击。若被加工部分与间断部分有节奏地交替时，就可能产生周期性的激振力，这种交变切削力就会引起强迫振动。

（4）地基振动。地基振动的强度一般取决于两个因素：一是受到邻近设备如冲床、钻床等的影响，产生振动；二是建筑物和地基等承载结构的谐振特点，当引起地基振动时，地基就会把振动传给机床，导致机床和地基一起振动。因此，要想在车床上加工出精度较高、表面粗糙度值较小的工件，就必须把车床和地基隔开。

2.车削中的自激振动

在没有周期性外力作用的情况下，由系统内部激发及反馈的相互作用而产生稳定、周期性的振动，称为自激振动，简称“颤振”。产生自激振动的原因是加工过程中工件及刀架系统变形而产生的低频振动和因车刀的变形而产高频振动。车削过程中，车床由于工作条件不好，工件及端部条件（卡盘、主轴和尾座）的等效刚度较低，切削截面又较大的缘故，在加工细长轴、大直径工件时，增大了切削力矩，因而在车削时车床发生颤振，最终使工件和刀具不停地产生相对振动。

二、防止和消除振动的方法

1.强迫振动的消除方法

（1）减小激振力。减小激振力就是减小因回转元件不平衡引起的离心惯性力及断续切削所产生的冲击力等。对于转速较高的主轴部件、电动机转子、卡盘等必须給予平衡；对于齿轮，必须提高其制造精度和装配质量；对于皮带传动，应采用完善的皮带接头，适当调整皮带拉力，合理选择皮带长度；对于主轴上的滚动轴承，应选用精度较高的轴承，还应提高轴承的装配质量。

（2）调整振源频率。在选择主轴转速时，应离可能引起强迫振动的振动源的频率远一些，避开共振区。

（3）提高工艺系统的刚性。缩短主轴前端的悬伸长度，锥轴承在装配时应保证大端接触紧密，适当加厚主轴箱前轴承孔处的箱壁等。

2.自激振动的控制和消除方法

（1）合理选择切削用量。实践证明，在任何情况下都应该尽量避免切出宽而薄的切屑，因为在这种情况下最易产生振动。当切削余量较大时，合理的办法是增加走刀次数，以减小每次走刀的背吃刀量，并在加工表面粗糙度允许的情况下适当增加进给量，避免自激振动和保证生产效率。

（2）合理选择刀具的几何参数。刀具主偏角愈大，背向力愈小，愈不容易产生振动。因此，适当增大主偏角就可以消除和减小振动；刀具后角太大，刀具就容易啃入工件，产生振动，所以后角应选得小一点。但也不能太小，以免刀具的主后面与加工表面之间发生摩擦，反而引起振动，前角对振动的影响最大，前角越大，切削刃越锋利，切屑排出就越顺利，切削过程越平稳，但为保证刀尖强度，需在刀尖部位刃磨出负倒棱。

（3）提高工艺系统的刚性。首先，要提高工件系统的抗振性，装夹工件时不要使工件伸出过长，尽可能在接近切削处夹紧工件。加工刚度不足的工件，应采用合理的中心架、跟刀架来增加工件的刚度。其次，要提高刀具系统的抗振性，加强刀杆刚度，减小刀具悬伸长度，及时更换后刀面磨损过大的刀具。装夹刀具时垫片要平实，厚度一致，保证刀杆垂直于工件的旋转中心，加在刀杆上的力要均匀，避免刀杆受力不平衡弯曲而产生振动。最后，要提高机床系统的抗振性，增强机床零部件的连接刚度，适当预紧滚动轴承，增大系统的阻尼等。

（作者单位：河南省驻马店高级技工学校）