切削振動(dòng)產(chǎn)生原因和解決

1、切削振動(dòng)的原因,刀具在切削工件時(shí)發(fā)生振動(dòng)需要有下面三個(gè)條件同時(shí)存在： 第一是包括刀具在內(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)的固有頻率相同隨即產(chǎn)生共振,Valenite,分清自激振動(dòng)和強(qiáng)迫振動(dòng),。,刀具振動(dòng)實(shí)際應(yīng)該叫“切削振動(dòng)，通常發(fā)生在長(zhǎng)懸臂刀桿的鏜削和銑削，薄壁件的切削加工，細(xì)長(zhǎng)桿的車削等等。當(dāng)環(huán)保做為車間考核的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，高速鉆削產(chǎn)生的高頻嘯叫也和振動(dòng)噪音一起列為技術(shù)公害。 切削振動(dòng)顧名思義只有在刀具進(jìn)行切削時(shí)才產(chǎn)生，如果振動(dòng)來(lái)自非切削因素如不穩(wěn)定的機(jī)床地基，機(jī)床絲杠的間隙，主軸軸承的損壞甚至幾百米以外火車的經(jīng)過(guò)而產(chǎn)生的

2、震動(dòng)我們叫做強(qiáng)迫振動(dòng)，這種振動(dòng)不伴隨噪音而非我們討論的話題。 切削振動(dòng)產(chǎn)生噪音，但噪音并不是全由切削振動(dòng)引起發(fā)生，機(jī)夾刀片銑刀在100米以上的切削速度每齒走刀在0.1毫米以上銑削3毫米的切深，即便是銑削灰口鑄鐵也會(huì)產(chǎn)生接近90分貝的噪音，而低頻切削振動(dòng)噪音常低于此值。 切削振動(dòng)是自激振動(dòng)是一種正弦波振動(dòng)，除了用專業(yè)儀器測(cè)量振頻與波長(zhǎng)外，最明顯的是工件被加工表面有振紋。,振動(dòng),正常,正常,Valenite,切削振動(dòng)的三個(gè)分類,Valenite,解決刀具振動(dòng)的思路,第一是減小切削力至最小 第二是盡量增強(qiáng)刀具系統(tǒng)或者夾具與工件的靜態(tài)剛性 第三則是在刀桿內(nèi)部再制造一個(gè)振動(dòng)去打亂外激切削力的振頻，從而消

3、除刀具振動(dòng)。,Valenite,機(jī)夾刀片車鏜刀與銑刀的切削振動(dòng)條件,Valenite,使用鋒利的刀片來(lái)降低切削力,非涂層刀片通常比涂層刀片要鋒利 即便是涂層刀片，物理涂層（PVD）也比化學(xué)涂層（CVD或MTCVD）刃口要鋒利 判斷刃口的鋒利度可以從它在指甲蓋上是否劃出成形的屑來(lái)判斷,刃口的鈍化半徑通常在35u到75u之間,Valenite,切深一定時(shí)使用小的刀尖圓弧半徑,比如刀片的刀尖角為0.8mm不變時(shí)，隨著刀片切深的增加，細(xì)長(zhǎng)的鏜刀或銑刀桿振動(dòng)傾向在切深ap和刀尖圓弧半徑（r=0.8mm)相等時(shí)最大，當(dāng)切深ap大于刀尖半徑r后，刀桿的振動(dòng)反而被抑制 圖中的R代表鏜桿的彈變，可以看出當(dāng)切深a

4、p與等于刀尖圓弧半徑時(shí)彈變最大，而且隨著切深增加彈變不會(huì)再增加反而開(kāi)始減小，因?yàn)閺较蚯邢髁CN在ap=r時(shí)最大，ap再增加只會(huì)增加軸向抗力，而軸向抗力不是細(xì)長(zhǎng)刀桿產(chǎn)生振動(dòng)彈變的原因，反過(guò)來(lái)還會(huì)使刀桿保持穩(wěn)定。,Valenite,對(duì)于細(xì)長(zhǎng)刀桿的鏜刀和車削細(xì)長(zhǎng)軸零件 應(yīng)采用90度主偏角刀具,無(wú)論是外圓車刀車削細(xì)長(zhǎng)軸，還是細(xì)長(zhǎng)刀桿的鏜刀鏜孔，總是90度主偏角的刀具產(chǎn)生的徑向切削力最小，同時(shí)刀片刃口產(chǎn)生的軸向力最大；45度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，而使用圓刀片時(shí)徑向切削力大于軸向力，最易發(fā)生振動(dòng)。,Valenite,對(duì)于細(xì)長(zhǎng)桿的銑刀反而是 圓刀片銑刀最有利于

5、消振,銑刀與鏜刀相反，主偏角越接近90度徑向切削力越大，刀桿振動(dòng)越大。所以在模具深孔型腔的面銑削加工中通常選用45度主偏角銑刀，如果切深小于1mm常采用圓刀片銑刀或者球刀。,200銑刀直徑80，刀片直徑16，PM槽型，4030刀片材質(zhì)，切深2，每齒走刀0.3mm/z, 銑寬60，銑削速度180m/min銑削HB220的45鋼， 無(wú)任何振動(dòng),Valenite,細(xì)長(zhǎng)桿立銑刀銑削深型腔時(shí) 常采用插銑方法,插銑就是刀具象鉆頭一樣軸向進(jìn)刀，當(dāng)銑削深的型腔時(shí)，通常長(zhǎng)桿的懸伸大于3倍的刀桿直徑，我們推薦使用軸向進(jìn)刀的插銑方法，但是立銑刀刀片刃口有一定的徑向切削刃，刀具供應(yīng)商有技術(shù)資料證明此刀具在插銑時(shí)的最大

6、吃刀寬度 PlungeMill是專門用于模具和航空工業(yè)的大直徑插銑刀，它最大的特點(diǎn)是高效率和超大切寬，通常用于大型深腔模具的開(kāi)粗。,Valenite,薄壁工件的銑削加工,薄壁工件銑削發(fā)生振動(dòng)的原因完全來(lái)自于工件，這種工件被叫做箱式或者碗式零件(box like or bowl like shape workpiece)，由于振動(dòng)來(lái)自于工件本身，那么技術(shù)人員各顯神通，國(guó)外在處理這類零件的銑削加工主要以改善工件夾持為主，例如增加合適的輔助支撐點(diǎn)，在夾具和機(jī)床工作臺(tái)面之間加裝一層木板，用粗大的橡皮條或者彈簧勒在殼體的外面，在箱體內(nèi)部充滿濕沙子等等，奇思妙想不一而足。在銑削薄腹板時(shí)，推薦使用90度面銑

7、刀以減小對(duì)腹板的軸向切削力。,90的主偏角銑刀比如CoroMill390刀體，配以輕快的切削刃口刀片和正前角槽型的刀片，切削力最為輕快。,Valenite,內(nèi)孔鏜削時(shí)刀片刃形角越小越好,這樣副主偏角很大，副刃口與被加工面的顫動(dòng)接觸區(qū)小，顫動(dòng)很難變成振動(dòng)，副切削刃擠屑的機(jī)會(huì)也小，例如在鏜削內(nèi)孔時(shí)，鏜刀的主偏角假設(shè)為93度，使用CCMT的刀片其副主偏角為7度，使用DCMT的刀片副主偏角為32度，切削要輕快的多。但是刃形角小的刀片安全性差。,Valenite,面銑刀采用疏齒不等距銑刀來(lái)減小銑削振動(dòng),“齒”指刀片。同樣直徑的面銑刀比如100毫米，那么5個(gè)刀片的刀盤肯定比10個(gè)刀片的銑刀產(chǎn)生的銑削力小5

8、0%。其實(shí)5個(gè)刀片的100毫米刀盤相對(duì)于10個(gè)刀片的刀盤既為疏齒刀盤，如果刀片之間的間隔是不等的即為疏齒不等距銑刀，這種面銑刀不僅切削力小而且是沒(méi)有固定頻率去刺激工藝系統(tǒng)發(fā)生共振。 還可以通過(guò)拆除現(xiàn)有刀盤上的刀片數(shù)目來(lái)實(shí)現(xiàn)疏齒銑削，但是要注意不能只摘除其中的某一兩個(gè)刀片，這樣的結(jié)果會(huì)使其相隔刀片因每齒走刀量翻備而造成刃口崩碎。正確的拆除辦法是拆掉一半的刀片，所以在購(gòu)買面銑刀時(shí)盡量避免奇數(shù)齒刀盤,Valenite,使用正前角和大后角的刀片 配以輕快的斷屑槽。,這樣的刀片在鏜削或銑削中的切削楔入角最小，切削當(dāng)然輕快。在車削與鏜削中，7度和11度后角是最常見(jiàn)的刀片，刀片為螺釘夾持的最多，在20毫米以

9、下的孔鏜削中，即便不存在振動(dòng)問(wèn)題大家也通常選擇11度后角的刀片，例如山特維克可樂(lè)滿的TPMT,DPMT,VCEX的刀片（V型刀片后角為7度或11度）。后角以7或11度后角刀片為主要推薦，因?yàn)樗鼈兪荌SO標(biāo)準(zhǔn)刀片，不同廠家的刀片可以互換 車刀片適用于鏜削加工，現(xiàn)代機(jī)夾車刀片按照粗精加工分為不同的短屑槽槽型，比如像可樂(lè)滿刀片槽型PF,KM,MF,KR等，其中的第二位表示刀片適合的加工，F(xiàn)表示Finishing為精加工，這是適合做減振鏜削的刀片，當(dāng)然刀片應(yīng)該配以刃口耐沖擊的材質(zhì)才可以，比如PF-4025,PF-4035,WK-4025等等。,Valenite,調(diào)整切削參數(shù)的方法,調(diào)整切削參數(shù)只對(duì)切削

10、振動(dòng)不嚴(yán)重的刀具可能有效，一般的調(diào)整方法如下：降低刀具或者工件的回轉(zhuǎn)速度，減小切深并提高刀具每轉(zhuǎn)或者銑刀每齒走刀量。在內(nèi)螺紋的車削中若產(chǎn)生振動(dòng)，可將完成螺紋車削的進(jìn)刀步驟減少1至2刀。,Valenite,合理安排走刀的工藝路線,合理安排走刀的工藝路線對(duì)于銑削加工非常重要。銑削有順銑和逆銑之分，傳統(tǒng)的銑削理論將逆銑有利于減少銑削振動(dòng)，其實(shí)是指有利于抑制絲杠的間隙產(chǎn)生的振動(dòng)。如今的銑削設(shè)備大都安裝了滾珠甚至滾柱絲杠，所以逆銑消振的意義不大。無(wú)論是順銑還是逆銑只要銑削力的方向與工件的夾持方向一致就有利于消除彎板類零件的振動(dòng)如圖,Valenite,提高刀桿的靜態(tài)剛性(StaticToughness),

11、最為簡(jiǎn)單明了的做法是加大刀桿的直徑，將外伸刀桿的懸伸做到最短 如果鏜刀的刀尖產(chǎn)生160公斤的切削力，直徑32毫米的鏜刀桿懸伸320毫米時(shí)產(chǎn)生的刀桿前端彈變?yōu)?.6毫米，是同樣這根刀桿懸伸128毫米時(shí)產(chǎn)生彈變的16倍！ 如果鏜刀的刀尖產(chǎn)生160公斤的切削力，直徑32毫米的鏜刀桿懸伸320毫米時(shí)產(chǎn)生的刀桿前端彈變?yōu)?.6毫米，若把直徑增粗到40毫米則端部彈變減小到0.64毫米！,Valenite,提高刀桿的靜態(tài)剛性(StaticToughness),有時(shí)候因?yàn)榧庸さ目仔螤钐厥?，需要設(shè)計(jì)特殊斷面的刀桿來(lái)保證刀桿在切削力方向剛性最強(qiáng)。,Valenite,使用整體硬質(zhì)合金或重金屬刀桿 提高刀桿的靜態(tài)剛性

12、(StaticToughness),很多刀具廠商都制作整體硬質(zhì)合金刀桿或重金屬刀桿，因?yàn)檫@些材料的抗壓強(qiáng)度大，合金鋼的抗壓強(qiáng)度(compressive strength)為210Gpa，而整體硬質(zhì)合金的抗壓強(qiáng)度為900Gpa，是鋼刀桿強(qiáng)度的2.5倍。重金屬是一種高比重的合成材料，淬火之前很軟容易切削成型，成型后可以淬硬，但是它的減振效果不如整體硬質(zhì)合金刀桿。,Valenite,Initial design Proposal Natural Harmonic Frequency,Lowest Harmonic Frequency 89 Hz,570-3C-60/70/88-1170/89-317

13、 CR,Valenite,改善刀桿的夾持方法也很重要,第二種和第三種方法刀桿與定位面只能產(chǎn)生線接觸，在刀具振動(dòng)時(shí)相對(duì)晃動(dòng)，另外螺釘與刀桿接觸部位壓力與壓強(qiáng)太大，重金屬或者硬質(zhì)合金刀桿在振動(dòng)時(shí)易在這些點(diǎn)發(fā)生斷裂。 第一種方法先鏜出與刀桿為過(guò)渡配合的孔，若是刀桿直徑較大比如80毫米，然后將孔一側(cè)銑開(kāi)。側(cè)面的夾緊螺釘中要有兩個(gè)頂絲，利于大徑較重的刀桿裝配，其余的為刀桿夾緊螺栓。對(duì)于中小直徑刀桿則是將孔剖為兩半，每半的圓弧面淬火到HRC45，螺栓為兩側(cè)共同夾緊。夾套下面通常為鑄鐵機(jī)座。,Valenite,Clamping II,Strength and Stability of Holder,45 HRC,4xD,Valenite,Clamping III,Tool post must balance both Bar & Cutting Force,45 HRC,4xD,Valenite,選用好的刀具接口,加工中心的傳統(tǒng)7:24刀柄系統(tǒng)在長(zhǎng)懸臂刀具加工時(shí)的抗振性能不如HSK和Big-Plus刀柄。 加工中心的回轉(zhuǎn)刀具(Rotating Tools)分為整體式刀柄和模塊式組合刀柄兩種，模塊式刀柄不一定比整體式刀柄的剛性差，只要刀柄的模塊化接口是先進(jìn)的短錐大端面雙定位面系統(tǒng)，山特維克可樂(lè)滿的Capto刀柄模塊系統(tǒng)是其中的代表，它的+/2um的重復(fù)定位精度和