深槽精铣加工的振动分析与解决

仝九雨

摘要： 本文对槽铣床切削加工时产生振动的各种原因进行了归结汇总，分析了振动产生的机理，对加工质量的影响，提出了防止和减小振动的方法措施。

Abstract： In this paper， the various causes of vibration during the machining of slot milling machine are summarized. The mechanism of vibration generation and its influence on the machining quality are analyzed. The methods to prevent and reduce the vibration are put forward.

关键词： 深槽切削；振动；摩擦

Key words： deep groove cutting；vibration；friction

中图分类号：TM353 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）03-0123-02

0 引言

空内冷结构汽轮发电机结构复杂、体积大，逐渐向高效、轻型、高可靠性发展，其核心转子铣槽工序加工难度大，加工精度要求越来越高，加工质量直接影响到发电机转子的效率、寿命、可靠性。提高铣槽工序的加工质量，关键是减小精加工时的变形和振动引起的发颤。

1 振动产生的原因

汽轮发电机转子结构复杂，已圆周40槽（对称28槽）为例，槽深达120mm以上，长度2500～3000mm，切削过程复杂，振动产生的原因较多，主要有以下几方面：

1.1 发电机转子嵌线槽槽壁薄，工艺系统刚相差

槽壁呈倒锥形，越靠近根部越薄，最小处13mm，尤其远离大齿的槽壁，工艺系统刚性进一步变差，易随着切削力的变化而变形，尤其在发电机转子嵌线槽粗铣后应力未得到充分释放就进行精铣加工。

1.2 刀具

由于发电机转子嵌线槽长 ，刀体材料强度，硬度不合适，刀具几何参数不合理，磨损快，刀具和槽壁挤压摩擦加剧，切削力变大，切削热剧增，导致槽壁变形，是引起振动的原因之一，从而拉毛工件表面，出现条纹型波浪纹，出现磷刺，导致粗糙度变差及平面度超差。

1.3 切削参数选用不合适

①进给量，切削速度过高，刀具磨损加快，切削力变大，由于工艺系统刚性差，槽壁变形，导致振动，发颤，产生磷刺，粗糙度变差，加工过后槽变形，上部尺寸超差。

②切削深度越深，刀具单位面积金属去处率变大，加工功率变大，也易引起振动、颤纹。

③槽铣床自身状况的影响：槽铣床本身的精度不够也是产生振动的原因。槽铣床主轴箱内各啮合齿轮，轴承等配合精度低，导轨磨损，各夹紧装置的不可靠，在切削中都可能产生振动。

2 振动对加工质量的影响

①加工过程中的振动降低了加工表面的质量，引起加工表面的振动波纹、磷刺、表面粗糙度值变大等。它会使工件和刀具之间产生相对位移，影响正常的刀具走刀轨迹，导致加工后嵌线槽上部尺寸变大、超差。

②刀具使用寿命由于振动而降低，影响刀具的正常切削条件，加快了刀具的磨损，甚至引起崩刃，伤害槽壁。

③影响和降低了生产效率，为了避免剧烈的振动不得不降低切削参数。同时，由于降低了刀具使用寿命，加工质量差，频繁换刀，调校刀具，使生产效率降低。

④使槽铣床的精度降低。由于振动使槽铣床传动系统受力存在间歇性，加速齿轮，轴承的磨损，传动间隙增大，机床精度降低，进而影响设备寿命及加工质量。

⑤影响工作环境。振动会产生刺耳的噪音，使操作者的身心健康受到损害，降低工作效率。

3 防止和减小振动的措施

由于振动的产生原因是多方面的，严重影响发电机转子的加工质量，依据具体情况具体分析，判断振动产生的原因和性质，采取有效措施避免和减少振动的产生。

3.1 优秀的操作者

业务水平高，实践经验丰富，责任心强，深入了解掌握设备及刀具的性能，能够进行科学的刀盘调校，根据刀具、设备、工件设定合理的切削参数，能够设计合理的装卡工艺方案。对遇到的深槽加工中的各种异常情况进行分析、解决。

3.2 设备

①提高设备自身的抗振性：可提高机床系统的刚性、可靠性，提高机床零部件加工和装配质量，合理保养机床，及时润滑，使其处于最佳工作状态。

②工件裝卡系统合理、可靠、稳定，辅助制成合理避免过定位，确保在工件加工过程中不会发生工件的变形移位。在相邻槽内增加楔紧装置，以提高铣槽过程中的工件刚性，改善加工状况。

3.3 材料的因素

发电机转子材质为铬、钼合金，高强度，高硬度，热轧锻造，硬度值在HB170～220之间。由于发电机转子长，槽深，铣加工面积大，槽型尺寸公差（+0.1，0），粗糙度Ra3.2，需要刀具有较长的使用寿命及较高的耐磨性。

①合理选择刀具材料，要求具有较高的硬度，耐热性，易选用YT15类硬质合金刀片。

②合理选择刀具的几何角度。

盘铣刀在深槽精铣切削过程中，对产生振动影响最大的刀具几何参数是：前角、后角、副后角。深槽精铣加工，可以分解为大直径盘铣刀的薄壁件面加工，在保证高效，大进给，高寿命的前提下，选择合理的刀具几何尺寸，一般应注意以下几方面：

①应采用90度的主偏角，较大的主偏角可以有效减小切削背向力，减小槽壁受到的垂直分力，减小振动。

②后角。在后刀面不与已加工表面摩擦的前提下，尽可能增大，以保证刀尖的强度，提高刀具寿命。

③副偏角。在刀尖范围以外的副切削刃不与已加工面摩擦的前提下，尽可能的增大，以保证刀尖强度，提高刀具使用寿命。endprint

④前角。影响刀尖的强度及切削形状、断屑，较大的前角可以减小切削力，减小槽壁的挤压变形，但是刀尖强度降低，容易崩刃。较小的前角刀尖强度变好，但是切削力变大。根据经验，大直径刀多刃盘铣刀，转速低，切削刃在槽内行程长，需要很好的排屑效果。故为了得到较好的综合切削性能，在較小的前角内磨出全圆弧形卷削槽，这样切削刃强度和切削力得到了兼顾。

⑤刀尖对已加工表面粗糙度影响很大，是刀具的主要工作部分，决定了加工质量，是刀具寿命的决定因素。圆弧形过渡刃不但可以提高刀具寿命，还可以提高已加工表面粗糙度，但是过大的圆弧过渡刃半径，使槽壁受到的垂直分力变大，容易引起振动。

3.4 合理切削参数

选用合理的刀具，根据刀具商推荐的切削速度，每齿进给量，刀盘齿数，计算出刀盘转速，工作台进给。根据工艺系统刚性，工件材质硬度，修正切削速度，得到最大允许进给量，已得到最大的切削效率，刀具寿命。

4 结语

通过以上分析，维护好机床，提高主轴与轴承配合，齿轮和齿轮啮合精度，保证导轨的直线度；正确选用刀具材质，合理选用切削用量，采用合理的加工工艺，可以减小机床切削时产生的振动，提高产品质量，提高生产效率。发电机转子加工难度大，影响加工质量效率的因素较多，首要的就是刀具。

本文仅对在铣槽过程中产生的振动发颤问题进行了探讨，提出了解决问题的方法，并在实际生产中的到了实施验证，槽壁粗糙度达到Ra3.2，较好的平面度。刀盘、刀座、刀片共同构成了铣槽加工的切削几何参数，决定了铣槽加工中切削力的大小，刀具的磨损情况。在考虑刀片的通用性，可换位性情况下，可以改进刀座的结构尺寸，以降低刀具成本。在发电机转子铣槽加工过程中对加工尺寸的控制，槽底R圆角与槽壁的过渡，修光刀片的有无及吃刀量，刀盘刀片的端跳，径跳的控制以及对加工质量的影响等问题，本文不予探讨。轻载高效加工是当下金属切削加工的趋势，合理的刀具切削几何尺寸是基础。

参考文献：

[1]金属切削原理[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2]艾兴等编译.切削用量手册[M].机械工业出版社，1966.

[3]施引祁，王全忠，赵洪兵.一种不锈钢零件端面窄深槽挖槽工具[P].中国专利：CN2180367.endprint