武俊卿

摘要：切削加工作為機(jī)械制造行業(yè)的傳統(tǒng)生產(chǎn)加工工藝，是機(jī)械制造的流程中完成零件制作這一中心環(huán)節(jié)的重要生產(chǎn)技術(shù)，文章介紹了切削加工的基本方法，切削加工使用的刀具以及切削過程中產(chǎn)生的切削顫振和相應(yīng)的控制方法。

關(guān)鍵詞：切削加工；切削；顫振

切削加工是機(jī)械加工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中必要而又值得信賴的技術(shù)手段，這一技術(shù)手段為了能夠跟上市場需求的不停改變，對切削工具提出了新的要求，而切削刀具日新月異的發(fā)展又促使切削加工成為機(jī)械產(chǎn)品加工眾多環(huán)節(jié)中備受關(guān)注的生產(chǎn)步驟。在切削加工過程中，也存在著大大小小的問題等待著我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)和總結(jié)，其中切削顫振就加工生產(chǎn)的主要問題之一，對切削顫振有一個細(xì)致的認(rèn)識，進(jìn)而采取一定的手段對其實(shí)施加工控制，是我們一直探索的科研課題。

1 切削加工概述

1.1 切削加工概念

在機(jī)械產(chǎn)品加工生產(chǎn)過程中，按照產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)格、質(zhì)量、工藝等要求，技術(shù)人員需要利用合適的切削工具對選取材料進(jìn)行切割塑形，這一加工生產(chǎn)程序被稱作為切削加工。

1.2 切削加工的要素

滿足切削加工的要擁有生產(chǎn)的三個重要因素，切屑刀具、切削運(yùn)動和切削角度。簡單的說，刀具就是進(jìn)行機(jī)械生產(chǎn)加工的重要切割工具；刀具與被切割材料的相對運(yùn)動，就是切削運(yùn)動；刀具自身固有、安裝以及切割金屬時所參照的切割偏角數(shù)據(jù)，也就是切削角度。由于刀具是直接接觸產(chǎn)品表面的生產(chǎn)工具，產(chǎn)品的表面微觀粗糙程度，大小精確程度和外形都主要取決于刀具，所以刀具自身材料的硬度、柔韌度、抗腐蝕能力以及生產(chǎn)加工質(zhì)量工藝等一系列的問題都會對切削加工機(jī)床的生產(chǎn)速度、產(chǎn)品質(zhì)量、以及機(jī)床的使用壽命造成不可忽視的影響，進(jìn)而影響到機(jī)械生產(chǎn)加工行業(yè)的技術(shù)整體水平，還會涉及到生產(chǎn)廠家的刀具生產(chǎn)信譽(yù)和使用刀具造成的經(jīng)濟(jì)損失。切削加工過程中，刀具對產(chǎn)品會產(chǎn)生一定的作用力，根據(jù)物體受力原理，會有相應(yīng)的反作用力的產(chǎn)生，力的相互作用會給刀具帶來一定的損耗，造成刀具固有角度的幾何參數(shù)發(fā)生改變，從而對被加工產(chǎn)品產(chǎn)生影響。相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，越來越多的機(jī)械生產(chǎn)加工廠商開始注意到切削加工設(shè)備質(zhì)量的重要性，擁有切削能力強(qiáng)、切削精度高、耐用可靠的切削刀具是機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量的保障，也是企業(yè)革新的大勢所趨，長久發(fā)展的生存之道。

1.3 切削加工的方法

常見的切削加工方法有很多，其中主要包括車削、磨削、銼削、刮削、鏜削、銑削、刨削等等。雖然切削形式不盡相同，不過在很大程度上這些方法卻遵循著相同的切削生產(chǎn)規(guī)律，演繹著相似的切削生產(chǎn)現(xiàn)象，而如此這些也是相關(guān)科研技術(shù)人員不斷的探索研究切削加工方法的基本理論與依據(jù)。面對著國際市場對機(jī)械加工產(chǎn)品品質(zhì)水準(zhǔn)的提高，加工使用的材料切割難度加大，除了要選用適合的切割刀具以外，還可以采用不同的新式的切削加工辦法，比如說針對一些導(dǎo)體材料，我們可以采取通電加熱切削；加工鈦合金、耐磨鑄鐵等材料時可以使用降低切削區(qū)域溫度的方法；絕緣切削、利用稀有氣體做保護(hù)氣切削、超高速切削等許多新式的切削辦法。雖然切削加工的方法多種多樣，其實(shí)無外乎根據(jù)被切割材料特有物理以及化學(xué)性質(zhì)以及切割刀具的性能采用經(jīng)濟(jì)適用、可實(shí)施性較強(qiáng)的切削加工方法。

2 切削顫振產(chǎn)生與危害

切削顫振也稱自激振動，它是切削過程中工件和刀具之間自發(fā)產(chǎn)生的振動現(xiàn)象，它的出現(xiàn)將會帶來表面質(zhì)量的下降、刀具的損傷以及噪聲的產(chǎn)生，限制生產(chǎn)率的提高，嚴(yán)重時甚至使加工過程無法進(jìn)行。為了消除或抑制切削顫振給工業(yè)生產(chǎn)帶來的危害，多年來，國內(nèi)外許多學(xué)者在顫振的形成機(jī)理、影響因素以及顫振的預(yù)報與控制等方面做了大量的研究工作，并且也取得了豐碩的研究成果。

伴隨著切削顫振而來的是噪音污染，并且大大的超出了國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，長時間在這種環(huán)境中工作的技術(shù)人員會產(chǎn)生一定的聽覺疲勞，心血管系統(tǒng)疾病，工作效率也會隨之下降，嚴(yán)重影響身體健康以及正常的工作生活。同時，切削顫振還會造成機(jī)械設(shè)備的耗損，縮短機(jī)械設(shè)備的使用壽命，不夠精準(zhǔn)的加工生產(chǎn)設(shè)備當(dāng)然不能制造出高精度、高質(zhì)量的機(jī)械產(chǎn)品。眾多的連環(huán)反應(yīng)就造成了不可避免的加工生產(chǎn)誤差，嚴(yán)重的還會影響正常的生產(chǎn)加工，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。在機(jī)床上面發(fā)生的自激振動類型較多，例如回轉(zhuǎn)主軸系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)或者彎曲自激振動；機(jī)床床身、立柱、橫梁等支撐件的彎曲或扭擺自激振動；切屑形成的周期性引起的顫振和整臺機(jī)床的搖晃。此外還有機(jī)床工作臺等移動部件在低速運(yùn)行時所發(fā)生的張弛摩擦自激振動等等。通常把金屬切削過程中表現(xiàn)在刀具與工件間強(qiáng)烈的相對振動的這種自激振動稱為“顫振”。切削過程中形成不連續(xù)切削的周期與工件、刀架或者機(jī)床的傳動機(jī)構(gòu)中的任一部分振動的固有周期相同，是產(chǎn)生顫振的主要原因之一。

切削顫振由切削過程中所產(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。機(jī)械加工中的顫振是影響機(jī)械產(chǎn)品加工質(zhì)量和機(jī)床切削效率的關(guān)鍵技術(shù)問題之一。切削顫振疊加在剝離多余金屬必須的工作運(yùn)動如切削、進(jìn)給及切入運(yùn)動上，并影響刀具乃至機(jī)床的使用壽命。為減小顫振所帶來的不良影響，加工中被迫臨時改變切削用量，如降低切削深度等。而這卻妨礙充分利用機(jī)床額定功率，導(dǎo)致加工工時，即制造成本上升，延誤工期。顫振問題在投資龐大的現(xiàn)代化數(shù)控機(jī)床上尤為值得關(guān)注，因為這類機(jī)床的經(jīng)濟(jì)性建立在其時間和功效方面的高度利用。

3 切削顫振理論與減小切削顫振的措施

3.1 切削顫振理論

3.1.1 再生顫振理論

目前，對切削顫振形成的物理原因，主要依據(jù)三種理論進(jìn)行解釋：再生顫振是由于上一次切削所形成的振紋與本次切削的振動位移之間的相位差異導(dǎo)致刀具切削厚度的不同而引起的顫振。

3.1.2 振型耦合理論

在某些完全不存在再生顫振條件的切削狀態(tài)下，如在切削螺紋時，后一轉(zhuǎn)的切削表面與前一轉(zhuǎn)的切削表面完全沒有重疊，但也經(jīng)常發(fā)生顫振。由于這時刀尖與工作面的相對軌跡是一個近似橢圓，顫振同時產(chǎn)生在兩個方向。人們由此得出結(jié)論：當(dāng)振動系統(tǒng)在兩個方向上的剛度相接近時，兩個固有振型相耦合，因而引起顫振，進(jìn)而提出在設(shè)計機(jī)床時應(yīng)考慮如何配備機(jī)床各部件在不同方向的剛度。

3.2 減小切削顫振的措施

將主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、切削寬度以及刀具角度等切削參數(shù)適當(dāng)調(diào)整，即可抑制顫振的發(fā)生。其中最為突出的是改變主軸轉(zhuǎn)速的變速切削，對顫振的抑制效果顯著。因為機(jī)床整體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，控制顫振的理想手段應(yīng)該 可以從其局部部件著手，包括對機(jī)床床身、立柱等基礎(chǔ)部件的改進(jìn)，以提高機(jī)床的抗振性能；也可以對機(jī)床的刀具結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的改進(jìn)。新型切斷刀的設(shè)計思想是建立在增大阻尼的基礎(chǔ)之上，利用顫振理論結(jié)合刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計，解決切削加工中的顫振問題。

4 切削顫振科學(xué)研究的意義

理論上講，通過一代又一代科研人員的辛勤努力，我們可以更加的明晰切削顫振的產(chǎn)生的原因，針對不同的原因可以構(gòu)思不同的顫振控制理論，為生產(chǎn)實(shí)踐提供理論依據(jù)；從實(shí)際的加工生產(chǎn)來說，合理的完整的科研理論指導(dǎo)，可以給切削加工工藝帶來不斷的革新，是不可避免的機(jī)械顫振可以變小甚至有一天可以實(shí)現(xiàn)無顫振的美夢，也能夠為機(jī)械操作人員提供良好的工作環(huán)境，同時不至于造成切削工具的損壞，既節(jié)約了能源又提高了加工生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)利益。

5 結(jié)束語

社會主義市場經(jīng)濟(jì)的快步發(fā)展，人們競爭意識的增強(qiáng)，深入細(xì)致的了解切削加工過程中產(chǎn)生的刀具、切削顫振系列問題的本質(zhì)特性，通過不斷的科學(xué)探究實(shí)踐，形成完整的科學(xué)理論體系，使機(jī)械制造行業(yè)擁有更加光明的發(fā)展前景。