数控车削加工常见问题分析

李国会 蒋 浩 刘宏伟

（长春职业技术学院，吉林 长春 130033）

1 大型薄壁件车削自激振动的抑制

切削颤振,是金属切削过程中刀具与工件之间产生的一种十分强烈的自激振动.由切削过程中所产生的动态周期性力激发而引起,并能维持其振动不衰减.在切削加工中,切削颤振不仅破坏了被加工零件的表面质量,而且还加速了刀具的磨损,严重时甚至使切削无法进。.本文以数控车床车削直径较大，壁又很薄的抛物线铝合金反光镜为实验内容（反光镜的表面粗糙度要求Ra≤0.8，如示意图1），通过实验的方法，总结出抑制振动的几种方法，有效的解决了加工中的振动问题。

图1

试验中，采用的机床是日本大隈OKUMA数控车床，φ40的里孔刀，镗孔最初切削参数是吃刀深度0.5mm，转速初始值1000r/min,进给量0.05mm/r。实验结果是表面粗糙度极差，切削的过程中噪声极大，工件响如洪钟，切削几乎无法进行，经分析认为是工件本身的刚度不足，切削过程中产生自激振动造成的，通常抑制自激振动的方法可考虑从以下几个方面入手，一是调整切削参数，二是提高工艺系统本身的抗振性，三是使用消振装置等，在所有方法中，以第一种和第三种方法最为简单容易实现，于是采用了这两种方法进行了实验，均取得了较好的效果。

1.1 调整切削参数抑制自激振动产生

通过相关理论可知，自激振动的产生与工艺系统的固有频率关系密切，如果工件的转速与工件的固有频率接近或成整数倍，在切削的过程中就容易产生自激振动，如果在切削的过程中能尽量使工件的转速尽量远离这个频率，就可以有效的减少切削中的自激振动，在其它参数不变的条件下，通过实验得出以下实验数据如表：

?

通过以上数据可以看出，当工件转速为1200r/mim时，工件的表面质量最差，随着转速的提高和下降表面质量逐步有所改善，但由于受到机床转速限制，转速无法进一步提高，在工件2200r/mim的情况下没有满足加工要求，另外进一步提高转速还要考虑刀具的寿命问题。当工件转速降至60r/mim时，工件的表面粗糙度完全符合了工件的要求。通过以上实验可以看出，通过调整工件的转速就可以有效的解决切削过程的自激振动问题。但这种方法有时会受到机床极限转速的限制和刀具寿命的限制，虽然可以通过降低工件的办法解决这一问题，但这一般法也存在一定的弊端，那就是加工效率明显降低，这在单件小批量生产中可以采用，在大批量生产中，会严重影响经济效益，不是最佳解决办法。

1.2 增加阻尼减振法

虽然通过降低工件转速可有效的解决振动问题，但生产效率大幅度降低了，难以满足生产的要求。通过观察分析，加工过程中的振源为工件本身，是工件的壁太薄造成的，如何从工件本身入手解决振动问题是解决问题的关键，通过不断的实验，找到了解决问题的有效而简单的办法，通过在工件的背面缠绕布带或胶带可有效的消耗振动的能量，进而减少自激振动的发生。

2 经济型数控车床加工长轴常见问题及解决方案

在经济型数控车床上精加工长轴时，经常会产生以下几个问题：一是同一个机床同一个程序加工出来的一批件的径向尺寸一致性不理想；二是加工出来的长圆柱面锥度很大；三是靠近尾座的直径尺寸忽大忽小，很难控制。笔者通过农机轴1轴的生产实践中，总结了一些经验，有效的解决了上述问题，具体如下：

2.1 经济型数控车床精车径向尺寸分散的解决办法

在农机轴数控车削精加工的过程，发现同样的程序，同一台机床，加工出来的工件的尺寸很不稳定，误差很难控制在公差范围之内（0.02），通过对整个生产工艺分析和对前一道工序半成品的测量找到了问题的原因，是误差复映现象导致的结果，原因是上道工序加工采用的是普通机床车削的，公差要求比较宽（±0.2），而经济型数控车床的系统刚度较差，在数控车床上进行精加工的过程中，精加工余量的不同，刀具与工件之间的退让大小会发生很大的变化，工件余量大时退让的距离较大，余量小退让的距离就小。通过分析和实验有效的解决了这个问题，具体做法是把原来的一次走刀，变为两次走刀，第一次走刀的目的是使工件的余量均化，保证第二次走刀时余量接近（±0.04以内），从而保证精加工的精度。

2.2 经济型数控车床加工长轴圆柱度超差的解决办法

在利用经济型数控车床加工长轴的过程中发现，加工出来的工件会出现一定的锥度，加工的余量越大，锥度越明显，往往会使工件的圆柱度超差，通过分析得知，产生这一现象的原因是机床主轴与机床尾座的刚度不同造成的，尾座的刚度比较弱，在加工的过程中，刀具距离尾座越近工件向后退让的距离越大，导致工件的尾端尺寸增大，造成工件的圆柱度误差。针对这种现象，可以通过减少多次走刀，减少精加工余量的办法解决；也可以通过安装中心架来提高工件的刚度解决，但这两种方法都会降低生产率。为了不影响机床的生产率，笔者利用了数控机床本身的特点，提出了更加有效的解决办法，具体做法是：先试切几个轴，然后测出圆柱面的两端直径差，再把加工程序改成与试件锥度相反的加工锥面的程序就可解决问题。

2.3 经济型数控车床加工长轴时靠近尾座部分径向尺寸不稳定的解决方法

在利用经济型数控车床加工长轴时，一般会采用一夹一顶或者双顶的方式进行装夹工件，在生产实践中发现，即使工件加工的前一道工序已经保证了留下的精加工余量的差异很小，但还是经常保证不了工件靠近尾座部分的要求较高尺寸公差，通过反复的分析和实验发现问道的原因其实很简单，问题出在顶尖的夹紧力上，由于经济型数控车床的尾座顶尖的夹紧力是靠人工控制的，每次夹紧力会有很大不同，不同的人操作差异会更大。当顶尖的顶紧力比较大时，系统刚度提高，工件与刀具之间的退让距离很小，工件的直径就小。当顶尖的顶紧力比较小时，系统刚度较低，工件与刀具之间的退让距离较大，工件的直径就变大。解决这一现象的最简单办法是通过操作工的手感来控制顶紧力，这对一个有经验的操作工来说，还是很有效的。但对于操作工经常更换的情况下，或在操作者的操作经验不足的情况下，并不太容易做到。最有效的解决办法是去除人为因素的影响，或者把人为因素降低到最小。采用液压顶尖无疑是减少人为因素影响的最好办法，但安装一套液压顶尖造价很高。通过实验，笔者采用了弹性顶尖有效的解决了这个问题，把固定的顶尖改成了弹性浮动顶尖，操作者可以通过尾座套筒的刻度控制顶尖的弹簧的顶紧力，把顶尖的顶紧力的变化控制在一定的范围，经济有效的解决了顶紧力的问题。

[1]顾崇衔.机械加工工艺学[M].西安：陕西科学技术出版社.

[2]贺长生.切削振颤的预报控制[J].长春大学学报