机床振动以及预防
机床振动以及预防 机床工作时产生的振动,不仅会影响机床的动态精度和被加工零件的质量, 而且还要降低生产效率和刀具的耐用度,振动剧烈时甚至会降低机床的使用性能, 伴随振动所发出的噪音会影响机床工人的健康。随着我国机床工业的飞速发展, 机床的振动问题也就更加引起人们的重视。一般的说,机床工作时所产生的振动基本上有两大类:
1)受迫振动;
2)自激振动。例如在车床、铣床和磨床上,经常见到回转主轴系统的受 迫振动,其频率取决于回转主轴系统的转速(在铣削时还与铣刀的齿数有关)。
在机床上发生的自激振动类型较多,例如有回转主轴(或与工件、或与刀 具联系)系统的扭转或弯曲自激振动;
机床床身、立柱、横梁等支撑件的弯曲或 扭摆自激振动;
还有工作台等移动部件在低速运行时所发生的张弛摩擦自激振动 (通称爬行)等等。通常把金属切削过程中表现为刀具与工件之间强烈的相对振 动的这种自激振动称为“颤振”。
机床工作时发生振动是常见的。机床振动不仅歪曲了工件的几何形状和尺 寸,而且还将在已加工表面上留下振纹,降低了精度和表面光洁度,加剧了金属 表面层的冷硬情况,振动时刀具的耐用度也将急剧下降,甚至导致刀刃的崩坏, 这个问题对于性质较脆的硬质合金刀具和陶瓷刀具来说尤为严重。机床发生振动 后,往往迫使操作工人降低切削用量,因而限制了机床的生产率。此外,在机床 自动线中,只要有一台机床发生振动而被迫暂停运转,就会破坏生产的节律,引 起生产过程的混乱。可见机床振动是必须引起注意的一个重要问题。随着科学技 术的飞跃发展,对机床零件的制造精度和表面质量提出了更高的要求,从而使机 床振动问题的研究成为研制、生产和使用机床等部门必须面对的重大课题,研究 机床振动的目的在于探究机床振动的原因,谋求防止和消除机床振动的方法,以 研制抗振性更佳的机床。
一般来说,增强“机床-刀具-工件”工艺弹性系统的刚度,是提高工艺系统 抗振性从而防止振动的最普遍方法,它在任何情况下可用来防止受迫振动和自激 振动,并能消除破坏工作过程平稳进行的个别冲击因素的影响。因此,为了提高 整个工艺系统的刚度,增强工艺系统各环节特别是切削力传递路线上最薄弱环节的刚度,显然是很重要的。当减轻零件的重量既不会降低系统的刚度,也不会使 系统特性发生其他不利的变化时,减轻主振系统的质量同提高系统刚度的作用一 样,都能提高系统的固有振动频率,从而减小了振动的振幅,即起到了提高系统 抗振性的作用。必须指出,增加振动系统的阻尼,例如适当调节零件某些配合处 的间隙,以及采用阻尼消振装置等,将增加系统对激振能量的耗散作用,从而就 能防止和消除振动,保证系统平稳的工作。当振动发生以后,减小激发振动时的 激振力,即减小受迫振动时的外激振力,或自激振动式的内激振力,往往是必须 采取的消振措施,对于前者例如可减少转零件的不平衡所引起的离心力、断续切 削所产生的冲击力等等,为此必须做到:
1)对于转速在600转/min以上的零件必须予以平衡,磨床上的砂轮应予仔 细平衡,并经常修正以保持其正确的外形,也可采取自动平衡装置。机床上使用 的卡盘、刀盘等均要予以平衡;
2)提高皮带传动、链传动、齿轮传动及其他传动装置的稳定性。在较高 转速档下,使主轴直接用皮带或连轴节与电动机发生传动关系;采用最完善的皮 带接头,使其连接后的刚度和厚度变化最小;
用三角皮带代替平皮带,使三角皮 带的刚度和厚度尽可能均匀些;
采用纤维织成的传动带;
以斜齿轮或人字齿轮代 替正齿轮;
在铣床主轴上安装飞轮等。对于高精度的小功率机床,尽量不用齿轮、 皮带等可能成为外来振源的元件。使动力源与机床本体充分隔离,用丝带来传动。
适当调节三角皮带拉力,合理选择皮带长度,使其扰动频率不接近主轴的转速。
尽量使皮带拉力的主方向不同工件或刀具运动的主方向相重合,以避免皮带扰动 的影响;
3)改善以联轴节相连的各轴的轴心线间的不同轴度,从高速轴和主轴上 去除带动油泵的凸轮;
对于后者则借助于改变切削条件方法,如:
(1)选择防震切削用量。在任何情况下都应该避免切除宽而薄的切屑(即 在大切削深度和小走刀量下切下的切屑);
切削速度应该在容易发生振动的范围 以外,即采用较低的速度和较高的速度来工作;
(2)合理选择刀具的几何参数。主偏角和副偏角尽可能选的大些。前角 对振动的影响很大,前角愈大,切削过程愈平稳,故应采用正前角。后角应尽可 能取得小些,但不要太小,以致刀具后刀面与加工面之间发生强烈的摩擦,特别 是对于走刀量较小的情形;
(3)采用抗振刀具等。
以上列举的防止和消除机床振动的一般方向,并未完全概括所有可能的消 振措施,例如选择合理的工艺过程,可在很大程度上减少发生振动的危险:如在 通用机床上避免加工极限直径或极限长度的工件,尽可能在接近加工处夹紧工件, 使切削力接近工件夹持处;
车削薄壁管使在管内灌水、油、或者沙,以提高工件 系统的阻尼性能;
提高轴类零件的顶尖孔质量;
加工细长轴时使用中心架;
在铣 床上顺铣时须有消除驱动系统间隙的装置;
使切削力与重力朝同一方向;
以及使 力作用在导轨上没有塞铁的一面等等。
总之,通过机床在使用过程中所暴露出的抗振性能方面的缺陷,采取相应 的措施以提高其抗振性能,保证工件的加工精度。