加工深孔時(shí)刀具振動(dòng)現(xiàn)象的分析

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1、加工深孔時(shí)刀具振動(dòng)現(xiàn)象的分析王彩霞（黑龍江龍煤礦山建設(shè)有限公司建井工程處，黑龍江雞丙158100）摘要：機(jī)械加工過程甲時(shí)常發(fā)生刀具振動(dòng)（振刀）現(xiàn)象，在進(jìn)行深孔加工時(shí)這一現(xiàn)象尤為突出。分析了探孔加工過程中振刀現(xiàn)象對(duì)零件加工的影響，闡述了產(chǎn)生振刀現(xiàn)象的原因，進(jìn)一步提出降低振刀現(xiàn)象的幾種方法和措施。關(guān)鍵詞：深孔加工；振刀；方法.1八—刖目加工過程中振刀是一種十分有害的現(xiàn)象。若加工中產(chǎn)生了振刀，刀具與工件間將產(chǎn)生相對(duì)位移，會(huì)使加工表面產(chǎn)生振痕，嚴(yán)重影響零件的表面質(zhì)量和性能；工藝系統(tǒng)將持續(xù)承受動(dòng)態(tài)交變載荷的作用，刀具極易磨損（甚至崩刃），機(jī)床連接特

2、性受到破壞，嚴(yán)重時(shí)甚至使切削加工無法繼續(xù)進(jìn)行。為減小振動(dòng)，有時(shí)不得不降低切削用量，使機(jī)床加工的生產(chǎn)效率降低。而深孔加工時(shí)刀具更易產(chǎn)生振動(dòng)，因此，分析深孔加工中的振刀原因并掌握控制振刀的途徑是很有必要的。1深孔加工中刀具振動(dòng)的原因以內(nèi)孔車刀桿的振動(dòng)分析來看：刀尖切削工件時(shí)會(huì)產(chǎn)生切削力，這個(gè)力使鏜刀桿產(chǎn)牛.彈性變形，當(dāng)?shù)都馍系蔫F屑斷掉后，刀桿的彈性變形就恢復(fù)。隨著鐵屑不斷產(chǎn)牛.再斷掉，那么徑向切削力隨著鐵屑的生成和斷裂由大到小不斷變化，形成正弦波動(dòng)鏜削力F。此力的大小和方向是一直有規(guī)律的變化，如果切削力的變化頻率等于或在刀只固有的彈變頻率范圍

3、之內(nèi)，鏜削振動(dòng)就產(chǎn)生了。其實(shí)即使剛性很好的刀桿也不能確保切削時(shí)刀桿不會(huì)產(chǎn)生彈變，實(shí)際上刀片在切削時(shí)都是顫動(dòng)的，但是只有彈變足夠大時(shí)顫動(dòng)才變?yōu)檎駝?dòng)［1］。刀具在切削工件時(shí)發(fā)生振動(dòng)需要有以下三個(gè)條件同時(shí)存在：第一是括刀具在內(nèi)的工藝系統(tǒng)剛性不足導(dǎo)致其固有頻率低；第二是切削時(shí)產(chǎn)生了一個(gè)足夠大的外激力；第三是這個(gè)外激力的頻率與工藝系統(tǒng)固有頻率相同隨即產(chǎn)生共振。2深孔加工中振刀產(chǎn)生的影響2.1刀桿振刀。當(dāng)加長(zhǎng)刀桿長(zhǎng)徑比接近12:1吋，就己經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了一般普通合金鋼刀桿的4倍長(zhǎng)徑比的范圍，在深孔加工中，振動(dòng)幾乎成了不可也無法避免的問題，即便是每刀只切0

4、.1mm,也無法阻止振動(dòng)的發(fā)生。而在加工過程中，我們的操作者經(jīng)過調(diào)試，將最佳切深控制在每刀0.25mm,而且為了消除振刀時(shí)可能產(chǎn)生的挖刀（這種挖刀痕如果不加以消除的話會(huì)冇不斷擴(kuò)人的危險(xiǎn)趨勢(shì)），每加工3,4刀就要在不進(jìn)刀的情況下反復(fù)走刀以消除讓刀量和挖刀痕，效率之低可想而知。刀桿振刀成了不能提高加工效率和無法保證加工精度的最重要的原因。2.2粗糙度大。采用自制的加長(zhǎng)刀桿加工深孔時(shí)，而能夠達(dá)到的最好的粗糙度也不過Ra,6.4,在精度要求較高的深孔中粗糙度就很難達(dá)到（用內(nèi)窺鏡觀察時(shí)檢驗(yàn)人員估測(cè)所得）要求，而II由于振動(dòng)是不可控的，所以每次加工都

5、會(huì)出現(xiàn)難以預(yù)料的情況，有吋候由于挖刀而造成無可挽冋的超差和報(bào)廢。2.3尺寸難以保證。因?yàn)樽尩逗驼駝?dòng)都是非常難以估計(jì)的因素，所以加工過程中一刀下去常常會(huì)車多了或少了，零件出現(xiàn)大于0.1mm的錐度是很常見的，而且無論怎么反復(fù)走刀也可能永遠(yuǎn)無法消除。有吋候因?yàn)椴恍⌒某霈F(xiàn)了挖刀，為了把挖刀痕接平一點(diǎn)，深孔中的尺T就可能就會(huì)要超差。3深孔加工中消除刀具振動(dòng)的方法3.1降低切削力產(chǎn)生的切削振動(dòng)從而達(dá)到消振。（1）對(duì)于細(xì)長(zhǎng)刀桿的鏜刀或者細(xì)長(zhǎng)桿的外圓車削吋，采用90°主偏角的刀具有利于消振。因?yàn)闊o論是外圓午.刀午.削細(xì)長(zhǎng)軸，還是細(xì)長(zhǎng)刀桿的鏜刀鏜

6、孔，總是90°主偏角的刀具產(chǎn)生的徑向切削力最小，冋吋刀片刃口產(chǎn)生的軸向力最大；45°主偏角的車鏜刀易發(fā)生切削振動(dòng)，因?yàn)楫a(chǎn)生振動(dòng)的徑向切削力與軸向力相等（見圖1）。而使用圓刀片吋徑向切削力大于軸向力，最易發(fā)生振動(dòng)。（2）切深一定吋減小刀尖圓弧半徑rε無疑可以rε降低切削力特別是徑向切削力，而徑向切削力是使細(xì)長(zhǎng)桿類刀具或工件切削發(fā)生振動(dòng)的罪魁禍?zhǔn)?。刀尖圓弧半徑與振動(dòng)傾向的關(guān)系是：在相同的切削深度吋，刀尖圓弧半徑越大，細(xì)長(zhǎng)刀桿發(fā)生振動(dòng)的傾向越大，無論是鏜削還是銑削（見圖2）。（3）使用鋒利的刀片來

7、降低切削力。機(jī)加刀片分為涂層和非涂層刀片，非涂層刀片通常比涂層刀片要鋒利，因?yàn)榈镀绻繉右欢ㄒM(jìn)行刃口的鈍化處理，鋒利的刃U將影響涂層在刃1_1部位的粘結(jié)強(qiáng)度。即便是涂層刀片，物理刀片（PCD）也比化學(xué)涂層（VCD）刃U要鋒利。因?yàn)榛瘜W(xué)涂層材料是大約10gm厚?，F(xiàn)代機(jī)夾刀片采用的刀片材料按照其硬度分為6類：非涂層硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、陶瓷、立方氮化硼（CBN）和人造金剛石。因此，若使切削力降低，推薦使用非涂層硬質(zhì)合金或物理涂層的鈷基硬質(zhì)合金刀片。（4）內(nèi)孔鏜削吋刀片刃傾角越小越好，這樣副主偏角很人，副刃口與被加工面的顫動(dòng)接

8、觸區(qū)小，顫動(dòng)很難變成振動(dòng)，副切削刃擠削的機(jī)會(huì)也小，見圖3。（5）使用正前角和大后角的刀片配以輕快的斷屑槽。這樣的刀片在鏜削中的切削楔人角最小，切削當(dāng)然輕快。在車削與鏜削中，主要推薦7°