姚連宏 牛振義 康帥帥

摘 要：隨著我國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，深孔鏜削技術(shù)在車床加工中得到廣泛應(yīng)用，但同時(shí)也面臨著振動(dòng)穩(wěn)定性方面的問(wèn)題?；诖?，本文對(duì)影響鏜削過(guò)程穩(wěn)定性的主要因素進(jìn)行了詳細(xì)分析，并提出了幾條切實(shí)可行的減振、防振措施，以期為他人提供借鑒。

關(guān)鍵詞：深孔鏜削;振動(dòng);穩(wěn)定性;防振技術(shù)

鏜削深孔（L/D>5）在車床加工中所產(chǎn)生的振動(dòng)，往往會(huì)降低加工進(jìn)度，加快刀具磨損速度。當(dāng)前，深孔鏜削加工振動(dòng)分為強(qiáng)迫振動(dòng)、自激振動(dòng)這兩種形式。前者是在周期性激振力的作用下而產(chǎn)生的，只需明確振源，設(shè)法排除即可;而后者則是在振動(dòng)過(guò)程中自行產(chǎn)生的，消除難度較大。為此，自激振動(dòng)機(jī)理、穩(wěn)定性分析及振動(dòng)消除方法就成為了業(yè)內(nèi)人士及相關(guān)研究工作者重點(diǎn)探索的問(wèn)題，而文本主要就此類振動(dòng)的穩(wěn)定性與防振措施展開深入探討。

一、影響鏜削過(guò)程穩(wěn)定性的主要因素

圖1為深孔鏜削加工的過(guò)程：表示鏜刀實(shí)際切深;表示工件每分鐘轉(zhuǎn)速;表示鏜刀每分鐘進(jìn)給量。應(yīng)每轉(zhuǎn)進(jìn)給量較小，因此，工件每轉(zhuǎn)一周，就會(huì)在已加工表面留下振痕，并且會(huì)對(duì)下一轉(zhuǎn)鏜削的實(shí)際切深產(chǎn)生影響，即：

式（1）中：表示名義切深;表示鏜刀在切削力作用下在方向產(chǎn)生的彈性變位;表示無(wú)量綱系數(shù)（表征相鄰進(jìn)給間重疊程度，值會(huì)隨著值的增加而下降，0<<1）;T表示工件每轉(zhuǎn)一周所需時(shí)間（T—60/n）。

對(duì)式（1）進(jìn)行拉氏變換如下：

根據(jù)式（2）可得出系統(tǒng)控制作用框圖（見圖2）。切削力和切深在實(shí)際切削過(guò)程中，二者可經(jīng)切削剛度相關(guān)聯(lián)，具體傳遞函數(shù)為。

根據(jù)切削原理可以得出，切削寬度、工件材料及刀具幾何參數(shù)是影響切削剛度的主要因素[1]。切削力通過(guò)床身、鏜刀等工藝系統(tǒng)組成的結(jié)構(gòu)剛度環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換成刀具于向的彈性變位，動(dòng)力平衡式為向切削力：

式（3）中：表示向歸算慣性質(zhì)量;表示向歸算結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)的剛度系數(shù);表示向歸算速度阻尼系數(shù)，可得出結(jié)構(gòu)剛度環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)：

通過(guò)上述分析可知，鏜桿伸出長(zhǎng)度、鏜桿直徑、鏜刀及刀桿的切削力作用方向與彈性模量是影響結(jié)構(gòu)剛度的主要因素。

二、深孔鏜削加工的減振、防振措施

（一）降低切削剛度K

根據(jù)切削原理可知，增大前角、增加切削厚度、減小刀尖圓弧半徑與切削深度均可讓深孔鏜削過(guò)程趨于穩(wěn)定。增大主偏角可降低吃刀抗力，明顯削弱振動(dòng)作用;減小后角，則可顯著降低振幅，特別是可以明顯消除振棱作用;但需注意的是，后角不可過(guò)小，避免后刀面與工件應(yīng)過(guò)度摩擦而產(chǎn)生振動(dòng)[2]。同時(shí)，薄層切削中，切削液可大大增強(qiáng)深孔鏜削的抗振效果。

通過(guò)上述分析可知，切削速度會(huì)直接影響到鏜削過(guò)程的穩(wěn)定性。圖3顯示，當(dāng)左右兩側(cè)軌跡相交，表示無(wú)絕對(duì)穩(wěn)定;假設(shè)左右兩側(cè)軌跡交點(diǎn)為P，Q，依據(jù)交點(diǎn)處兩軌跡實(shí)部相等和虛部相等條件，解得P點(diǎn)上的和，并且可以接觸Q點(diǎn)上的和值。因此，同時(shí)滿足和，即可保證切削過(guò)程的穩(wěn)定性。目前，由于深孔鏜削加工中所采用的刀具多為硬質(zhì)合金，因此在高速切削過(guò)程中，就無(wú)法避免自激振動(dòng)，但卻可保證生產(chǎn)效率，降低表面粗糙度。

（二）提高工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)剛性系數(shù)K

1控制鏜桿外伸長(zhǎng)度

有實(shí)驗(yàn)表明，深孔鏜削的振動(dòng)強(qiáng)度會(huì)隨著鏜刀桿外伸長(zhǎng)度的增加而增加，且鏜刀桿的橫向振動(dòng)頻率與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率會(huì)隨著鏜刀桿外伸長(zhǎng)度的延長(zhǎng)而降低，二者頻率差值越大，振動(dòng)強(qiáng)度就會(huì)越小[3]。因此，提升鏜刀桿的緊固剛度，可以加大兩頻率的差值，進(jìn)而有效削弱振動(dòng)強(qiáng)度。

2合理調(diào)試刀頭安裝角范圍

懸伸鏜刀桿綜合剛性最大值出現(xiàn)在切削力垂直刀架水平支撐面的情況下。為此，應(yīng)將刀頭連同鏜桿相對(duì)于該支撐面安置成一定角度，即刀頭安裝角。長(zhǎng)期實(shí)踐表明，將刀頭安裝角調(diào)整到一定范圍內(nèi)，可減少振動(dòng)，并且能夠適當(dāng)延長(zhǎng)刀桿懸伸的長(zhǎng)度。

（三）保證工藝系統(tǒng)的合理性

縮小工藝系統(tǒng)各結(jié)合面之間的間隙[4]，合理調(diào)整車床主軸前軸承與導(dǎo)軌鑲條之間的縫隙，夾緊工件，可明顯減少刀頭從鏜刀桿的外伸量，增加刀桿截面尺寸，進(jìn)而大大提升刀桿剛性，縮小非必要的外伸量，縮小振動(dòng)區(qū)域，減小振幅。

（四）使用抗振鏜刀

選擇抗振鏜刀有利于工藝系統(tǒng)剛性的大幅度提升，這是因?yàn)殓M刀可以刀尖處在鏜桿的軸線上，切削力分布較為合理，有利于減少振動(dòng)。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，深孔鏜削加工過(guò)程中的振動(dòng)具有一定的規(guī)律性，但也具有突發(fā)性與偶然性，因此屬于一種綜合性較強(qiáng)，且又十分復(fù)雜的問(wèn)題。當(dāng)該問(wèn)題發(fā)生后，要先查找振源，借助數(shù)學(xué)模型對(duì)頻域與時(shí)域進(jìn)行分析，明確絕對(duì)穩(wěn)定所需的邊界條件，并結(jié)合綜合工藝系統(tǒng)的整體情況，合理選擇加工參數(shù)，應(yīng)用加工結(jié)構(gòu)，以此來(lái)有效控制與消除振動(dòng)。但需注意，不同機(jī)床、工件與加工環(huán)境，參數(shù)值的選擇也存在較大差異，需工作人員結(jié)合實(shí)際情況，合理設(shè)置各種參數(shù)值，防止深孔鏜削加工中出現(xiàn)振動(dòng)。

參考文獻(xiàn)

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