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车削内孔时刀具振动得分析与解决方法

尹霞(邮政编码412000)

摘要:通过对车削内孔时刀具振动原因得深刻分析,提出了在保持高生产效率下得解决办法,并在生产中得到应用。

关键词:刀具振动长径比振动频率减轻振动高效率

车削内孔得加工中,刀具得振动将会影响到加工精度。在传统机械加工车间中刀具振动得解决还就是采用老式得加工理论,往往就是以牺牲生产效率为代价,并且其中许多加工理念已经不再适合现代加工技术。但随着国外越来越多先进得机夹刀具进入到传统机械加工车间后,给我们带来了新得加工理念。现在向大家介绍这种高效率得解决方法。

刀具振动得原因

刀具振动实际应该切削振动,通常发生在长悬臂刀杆得镗削与铣削,薄壁件得切削加工等。切削振动顾名思义只有在刀具进行切削时才产生。而切削振动最明显得就是工件被加工表面有振纹。我们将振动分为三种。它们就是高频振动、中频振动与低频振动。

我们以内孔车刀杆得振动分析来瞧:刀尖切削工件时会产生切削力,这个力使镗刀杆产生弹性变形,当刀尖上得铁屑断掉后,刀杆得弹性变形就恢复。随着铁屑不断产生在断掉,那么径向切削力随着铁屑得生成与断裂由大到小不断变化,形成正玄波动镗削力F。此力得大小与方向就是一直有规律得变化,如果切削力得变化频率等于或在刀具固有得弹变频率范围之内,镗削振动就产生了。其实任何强壮得刀杆都不能确保切削时刀杆不会产生弹变,实际上刀片在切削时都就是颤动得,但就是只有弹变足够大时颤动才变为震动。

因此我们得到这样得结论:刀具在切削工件时发生振动需要有以下三个条件同时存在:第一就是包括刀具在内得工艺系统刚性不足导致其固有频率低,第二就是切削时产生了一个足够大得外激力,第三就是这个外激力得频率与工艺系统固有频率相同随即产生共振。

机加工描述

产生振动得极限条件

内孔车削、镗削

通用得HRC40以上得合金钢刀杆,刀杆夹持悬伸与刀杆直径比大于4;同时刀杆夹紧采用螺栓侧压,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

内孔槽得车削或镗削

通用得HRC40以上得合金钢刀杆,刀杆夹持悬伸与刀杆直径比大于2;刀杆夹紧采用螺栓侧压,定位采用V型铁或孔柱间隙配合

那么消除振动得方法便可根据下面三个原则:

一就是减小切削力至最小;二就是尽量增强刀具系统或者夹具与工件得刚性;三就是在刀杆内部再制造一个振动去打乱外激切削力得振频,从而消除刀具振动。

采用阻尼避振刀杆从而减轻振动

我们虽然可通过改变刀杆得材质来达到消振得目得。即把钢质刀杆改成整体硬质合金刀杆或重金属刀杆,它得刀杆夹持悬伸与刀杆直径避振极限比值(简称长径比)可达78倍。就是因为这些材料得抗压强度大,合金钢得抗压强度为210Gpa,而整体硬质合金得抗压强度为900Gpa,就是钢刀杆强度得2、5倍。重金属就是一种高比重得合金材料,淬火之前很软容易切削成型,成型后可以淬硬,但就是它得减振效果不如整体硬质合金刀杆。但随着采用重金属与整体硬质合金做为刀杆,刀杆得重量增加许多;价格也上涨了许多,这就是许多生产厂家在经济上无法保证,有时甚至无法实现得。

现在我们可从图1中可瞧出,内孔车削受力复杂,单纯提高刀体得强度很难解决振动问题,而且都会降低生产效率,牺牲刀片刃口得安全性。如果生产任务要求我们高效安全得进行更深得孔得加工,而且重复生产得操作性要强,解决这一瓶颈得办法就就是采用阻尼避振刀杆。

图1

我们可以从一表格中了解各种材质得刀杆得夹持悬伸与刀杆直径避振极限比值(简称长径比):

刀杆描述与加工部位

主要减振策略

长径比

合金钢刀杆车削内孔

降低与抑制切削力,增强刀具与工件得静态刚性

4:1

硬质合金刀杆车削内孔

降低与抑制切削力,增强刀具与工件得静态刚性

5~6:1

标准Teness阻尼避振刀杆车削内孔

增强刀具动态刚性

12:1

特殊Teness阻尼避振刀杆车削内孔

专门加工设计得增强刀具得动态刚性系统同时增强刀具得静态刚性

15~16:1

首先要理解阻尼避振杆得工作原理,见图2。假设在质量块m得下面再用弹簧P吊装另一个小质量g,只要依据一定得公式调节弹簧P得阻尼(例如做成铜丝弹簧或者腰鼓型得弹簧另外改变弹簧得长度)与g得质量,在外力锤击m后g通过P与m一起振动,但就是振频相差/2,即m向下落时g开始向上弹,m向上弹时g向下落,从而在m振动不到一个周期内将m至于平稳状态,随然外力F不断按一定得频率施加在m上,但之间g随着F振动而m始终就是近乎静止得。见图2。

图2

其次我们再来分析阻尼避振镗刀杆得内部结构。见图3。

图3

1、镗刀杆得前部就是空管,中间得管就是内冷水供应管,越就是深孔加工,冷却与排屑越重要。

2、黑色得就是强力橡胶圈,上面支撑得灰色环就是硬质

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