数控机床加工过程中的振刀原因分析及处理措施_胡捷.pdf
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1、造纸装备及材料 第 52 卷 总第 214 期 2023 年 1 月 装备及自动化17数控机床加工过程中的振刀原因分析及处理措施*胡 捷江苏省溧阳中等专业学校,江苏 常州 213300摘要:刀具振动是数控机床加工过程中一个普遍存在的问题。当发生较严重的刀具振动现象时,往往伴有较大的噪声,进一步影响操作人员的情绪,严重影响生产效率。此外,数控机床的振动现象也会导致加工零件的几何偏差,这会极大地影响加工零件的精度,最终在加工零件的表面会出现明显的振动线,从而降低加工质量。为了防止振动现象的进一步扩大,文章分析了数控机床加工中刀具振动的原因,并提出了相应的处理措施,旨在减少数控机床加工中的刀具振动现
2、象,提高加工质量,增强数控机床机械加工的能力。关键词:数控机床加工;振刀原因;刀具安装;切削力;共振现象分类号:TG6591 数控机床振刀概述数控机床的刀具振动现象通常指的是数控机床在铣削、车削、钻削等加工过程中出现的刀具振动现象。如果在切削过程中发生不必要的振动,会引起加工零件表面非常明显的波动。数控机床的刀具振动引起的情况很多,如刀架整体型号不合理、机床使用条件或零件夹具不符合规定的使用标准等1。当数控机床在加工过程中出现非常明显的振动现象时,会使更多的线条出现在加工零件的表面,直接影响表面粗糙度,从而缩短加工工具的使用寿命,不仅会增加成本,而且会带来潜在的安全威胁。在振动冲击后,加工后的
3、零件会表现出明显的振动痕迹,整个痕迹会呈现出不规则的形状,影响整个加工物件的质量,并导致刀具两侧的不均匀磨损2。一些技术人员依靠丰富的工作经验来识别机床发出的声音,从而判断是否发生了工具振动的现象。例如,可以将 100 m 作为判断标准,即当机床的振幅超过 100 m 时,就会影响数控机床的刀具质量,从长期来看,会导致刀具松动,使数控机床无法正常工作。当振幅小于 100 m 时,虽然刀具不会松动,数控机床可以继续运行,但对物件加工质量影响很大,在加工物体表面留下非常明显的振动划伤,不能正常使用,造成相对严重的经济损失。因此,有必要合理地处理数控机床加工中刀具振动的问题,并将其振幅控制在一个合理
4、的范围内。2 数控机床加工过程中振刀原因2.1 刀具安装不合理刀具安装不合理,主要表现为工具安装的刚度和强度较差。例如,刀杆的尺寸不符合规定的要求,导致加工过程中刀杆出现非常明显的颤振。在较长时间的影响下,会使数控车床的尺寸块表面不够光滑。当刀具被磨损时,会引起振动。刀杆上安装的刀具材料一般包括碳、钼、铌、锆等。如果机床上的刀具材料表面脱落,没有及时处理,就很容易引起刀具的振动。也有一些因素会导致工具的振动。例如,该刀具本身的质量并没有达到标准,或者由于刀具上安装了较大的内孔,造成内孔有大量碳沉积。严重的碳沉积会导致刀具的内孔堵塞,并引起刀具的振动。此外,刀杆内有许多螺钉和螺母,主要用于固定和
5、防止刀杆脱落,如果螺钉和螺母没有按规定的要求拧紧,会发生严重的工具振动。2.2 切削力发生较大幅度变化切削层作为数控机床的一部分,对数据机床的运行具有重要的影响。一般来说,在加工过程中,由于加工后的零件属于金属制品,刀具的切削层也会掺杂多种金属物质。这些金属物质会影响切削过程中切削层的横截面积,并进一步影响被加工物体的表面质量。由此可以看出,当刀具的切削力变化相对较大时,可能会引起数控机床中严重的刀具振动问题3。文章编号:2096-3092(2023)01-0017-03*基金项目:第五期江苏省职业教育教学改革研究课题“基于工作过程系统化的中高职数控专业课程实践研究”(ZYB169)作者简介:
6、胡捷,男,本科,讲师,研究方向为机电技术、机械加工、数控技术。装备及自动化 2023 年 第 1 期 总第 214 期 造纸装备及材料18切削力一般与刀具公称直径的平方成正比,其值不超过 3 mm。如果切削力变化明显,在加工过程中工件不能充分切削,会产生较大的切削阻力,使机器振动。此外,数控机床的振动也会引起相对较大的噪声,从而影响环境。例如,在切削过程中经常会听到“嗡嗡”声,这种声音可能是工具松动引起的。这是因为当金属切削的切削力较大时,会产生较高的热量,并引起工具振动。或当一个工件的温度超过 450 时,可能会发生振动。这是因为工件材料在加工时具有一定的热变形能力和较高的切削温度,会引起机
7、床更多的振动。2.3 共振现象的出现共振是一种相对常见的物理现象。一般在数控机床加工过程中,在驱动力的影响下,会产生相对明显的周期性驱动力频率,这与自激振动频率具有相同的效果,最终引起相对明显的共振现象4。当发生共振时,振动的振幅会立即增加,导致刀具发生非常明显的变化。同时,也严重影响加工物件改造的正常运动轨迹。加工位置也会有非常明显的偏差,导致尺寸的精确度较低,最终影响整个加工零件的质量。2.4 机床部件存在“爬行”现象机床“爬行”现象一般由环境对零件加工的影响形成,具体表现为零件的加工处于一种低速运动的状态,且表现出不均匀的运动轨迹。造成机床“爬行”现象主要有两个原因:一种是受摩擦力变化的
8、影响,在实际操作过程中,当机床加工速度下降到一定值时,其临界速度较慢,导致加工件表面出现振动;另一种是受切削液温度的影响,当切削过程中产生的热量较高时,刀具的温度会显著升高,导致铣削失败或铣削深度较浅。在铣削过程中,这种“爬行”现象会导致刀具振动,随着时间的推移,振动会越来越大。此外,温度的变化也会影响刀具的使用寿命。当温度高于允许范围时,就会发生振动,因为在铣削过程中,机床主轴的运动速度会随着机床工作台的运动速度变化。如果工作速度超过了机床工作台的工作速度,就会发生振动。2.5 工件刚性差在机械加工过程中,对细长轴型的圆柱形零件进行车削加工,如果工件刚性不足,工件在旋转过程中会弯曲变形,很容
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