數(shù)控機(jī)床在工作時產(chǎn)生振動，會直接影響到工件的加工品質(zhì)，產(chǎn)生明顯的表面振紋，粗糙度增大，工件表面品質(zhì)惡化。振動嚴(yán)重時，甚至使切削加工無法繼續(xù)進(jìn)行，振動中產(chǎn)生的噪聲，還將危害到操作者的身體健康。因此，我們應(yīng)該了解數(shù)控車床產(chǎn)生振動的原因，掌握其中規(guī)律，并加以限制或消除。
1、振動理論分析
振動一般分為3種：即自由振動、強(qiáng)迫振動和自激振動。
1.1自由振動
自由振動是物體受到初始激勵(通常是一個脈沖)所引發(fā)的一種振動。這種振動靠初始激勵，一次性獲得振動能量，歷程有限，一般不會對數(shù)控車床造成破壞。所以一般不考慮自由振動對數(shù)控車床的影響。
1.2強(qiáng)迫振動
物體在持續(xù)周期變化的外力作用下產(chǎn)生的振動，稱為強(qiáng)迫振動，如不平衡、不對中所引起的振動。
衰減自由振動隨時間的推移迅速消失，而強(qiáng)迫振動則不受阻尼的影響，是一種和激振力同頻率的振動。由此可見，強(qiáng)迫振動過程，不僅與激振力的性質(zhì)(激振頻率和振幅)有關(guān)，而且與物體的自身固有的特性(質(zhì)量、彈性剛度、阻尼)有關(guān)，這就是強(qiáng)迫振動的特點(diǎn)。
2強(qiáng)迫振動的產(chǎn)生原因及解決方法
2.1主要原因
(1)旋轉(zhuǎn)零件質(zhì)量偏心產(chǎn)生的離心力；
(2)運(yùn)動傳遞過程中傳遞零件誤差；
(3)切削過程中的間隙特性。
2.2解決方法
(1)減少激振力。如精確平衡回轉(zhuǎn)零部件，將電機(jī)轉(zhuǎn)子、皮帶輪和卡盤作靜平衡試驗(yàn)，以提高裝配精度。
(2)提高工藝系統(tǒng)的剛度及阻尼。車床系統(tǒng)剛度和系統(tǒng)阻尼增加，可提高對振動的抵抗能力，亦可減少振動。
(3)調(diào)節(jié)系統(tǒng)固有頻率，避免共振的產(chǎn)生。在選擇轉(zhuǎn)速時，盡可能使旋轉(zhuǎn)工件的頻率遠(yuǎn)離機(jī)床有關(guān)原件的固有頻率，避開共振區(qū)。
(4)采用減振器或阻尼器。當(dāng)上述方法無效時，可考慮使用阻尼器或減振器。
3、自激振動產(chǎn)生的原因及解決方法
3.1產(chǎn)生原因
在機(jī)械加工過程中，自激振動是由振動過程本身引起某種切削力的周期性變化，又由這個周期性變化的切削力，反過來加強(qiáng)和維持振動，是振動系統(tǒng)補(bǔ)充了由阻尼作用消耗的能量。當(dāng)振動運(yùn)動停止時，該交變力也就消失了。這種在金屬切削過程中的自激振動，一般稱為切削顫振。
特別指出，自激振動發(fā)生的幾率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于強(qiáng)迫振動。切削相對振動會降低工件已加工的表面品質(zhì)，并影響刀具乃至機(jī)床的使用壽命。尤其現(xiàn)在高精度的數(shù)控車床的大量使用，由數(shù)控車床所保證的工件的高精度等指標(biāo)，將會在顫振發(fā)生時變得毫無意義。
3.2解決方法
3.2.1提高系統(tǒng)或夾具與工件的靜態(tài)剛性
(1)安裝刀具時選取合適的中心高。車削內(nèi)孔槽時，刀尖點(diǎn)理論上要求與孔的中心線一致，但實(shí)際上在安裝刀具時刀尖點(diǎn)往往在中心線偏上0．1 mm左右，這主要是刀具在切削時，刀尖點(diǎn)由于受到反作用往往下偏移，因此要給其一個補(bǔ)償量。
(2)盡可能縮短刀桿的懸伸量以提高刀具的剛性。當(dāng)?shù)稐U受力時，會產(chǎn)生彎曲，會引發(fā)振動，且懸長越長，振動加劇。一般情況下，刀具伸出的長度不宜超過刀桿長度的2-3倍，這樣可以大大提高細(xì)長刀桿的抗彎強(qiáng)度。
3.2.2合理選擇刀具的幾何參數(shù)
刀具的幾何參數(shù)主要有：刀具的前角、主偏角、后角等。前角對振動的影響較大，隨著前角的增大，振動幅度也會隨之下降。但在切削速度較高時，前角對振動的影響將減弱。所以，高速切削時，即使用負(fù)前角的刀具，也不致產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動。如果是主偏角增大，切削力將會減少，同時切削寬度也減小。隨著主偏角的增大，振動幅度逐漸減小，但當(dāng)角度大于90°后，振動的幅度又會有所增大。對于后角的選擇，可減小到2°~3°，此時振動有明顯的減弱。也可以在刀具主后角上，磨出一段負(fù)倒棱角，能起到很好的消振作用。
3.2.3提高工件系統(tǒng)的抗振性
提高工藝系統(tǒng)的抗振性，是控制和預(yù)防自激振動的重要措施之一。在工藝系統(tǒng)中，工件系統(tǒng)往往是易于發(fā)生振動的薄弱環(huán)節(jié)，因此提高工件系統(tǒng)的抗振性，是非常必要的。
(1)盡可能在接近加工處夾緊工件，使切削力接近工件夾持處，減少切削力矩；
(2)沿工件全長多夾幾點(diǎn)，以減少工件在切削力作用下變形；
(3)車削薄壁管時，管內(nèi)灌水、油、石蠟或裝砂，以提高工件系統(tǒng)的阻尼性能；
(4)提高軸類工件頂尖孔的質(zhì)量；
(5)加工細(xì)長軸時采用中心架；
(6)采用一種能在刀具和工件之間實(shí)現(xiàn)附加聯(lián)系的裝置，如使用跟刀架、跟刀架式刀夾以及浮動刀夾，用于鏜刀桿的跟刀架式支撐，這些裝置將明顯提高系統(tǒng)的剛度和抗振性。
結(jié)束語
本文對數(shù)控車削過程中產(chǎn)生的振動原因和基本規(guī)律進(jìn)行了分析，聯(lián)系在實(shí)際工作中碰到切削問題，進(jìn)行具體分析，抓住主要矛盾，采取有效的減振措施，可使切削加工中的振動現(xiàn)象明顯減小，大大提高工件的表面品質(zhì)和機(jī)床刀具的工藝能力。但是要完全消除振動現(xiàn)象，還需要進(jìn)一步深入研究振動機(jī)理、尋找產(chǎn)生振動的原因及消除措施。總之，減小振動的方法和措施是多方面的，必須要具體分析。
