一般使用車床進行機械加工時,會發生所(suǒ)謂的“振刀”的場合約有以下幾種場合:
(一)利用成型刀片進行成形車削。
(二)細長圓杆的外圓車削。
(三)薄肉圓杆的外圓車削。
(四)箱形部品(如鈑金(jīn)焊接結(jié)構件)車削。
(五(wǔ))超硬材質切削。
(六)軸承已受損而繼續切(qiē)削等。
當振刀發生時,刀具、工件與車床的振動往往導致工廠內部有刺耳的(de)噪音,而其振(zhèn)幅大 小單(dān)邊達數十微米(μm)以上,有時其至高達(dá)100微米以上亦所在多聞。這(zhè)種振刀不(bú)僅造成刀 具或(huò)工件的夾持變鬆之外,同時也因其吵鬧的噪音對操作人員造成不良(liáng)的(de)身心影響,而加工 精度也因此無法達(dá)成客戶的要求,因此(cǐ)各工具(jù)機廠莫不戰戰兢兢地將振刀問題之排除視為草 大的挑戰。
本文簡要(yào)的描述“振刀”的分類與挑除的方法,並且以一個實際的案例說明振(zhèn)刀的問(wèn)題 排除與防治之道(dào)。透過儀器的實測,將原來的振動藉由局部(bù)的修改設計而達到高達十倍以(yǐ)上 的改善成果。
一、基本(běn)方法
有關(guān)工(gōng)具機的顫振(zhèn)(Chattering)學理(lǐ)分析在工具機研究上屬於相當艱深的一門(mén)學問,其 產生來源與加工材質、機械設計及切削條(tiáo)件(jiàn)有著相當(dāng)的關聯[2,3],一般以上(shàng)圖來解(jiě)釋整個切削係統,其中“切削過(guò)程”牽涉到材質(工件)的硬度、進給的大小等等,而“機器結構 ”部份則牽涉到工具機各(gè)單體結構強度(dù)設計,諸如主軸軸承、頭部(bù)本(běn)體,刀盤設計以及刀具 夾持等特性。
由於學理有著一大堆數學方(fāng)程式[4],在此不對此部份做深入的介紹,僅(jǐn)將一般客戶常發生的振刀現(xiàn)象,概分成(chéng)以下兩類:
(一)強製振動(dòng)(Forced Vibration)
這是在斷續(xù)切削而導致的強製振動或者是因轉動零件有瑕(xiá)玼而造成的振動,一般常 見常見的如軸承的損壞而造成的異音(yīn)或齒輪齧合(hé)不佳(jiā)以及工件夾持不佳、主軸擺(bǎi)幅過大 等(děng)現象皆屬此類。這(zhè)類問題(tí)中,斷續車(chē)削屬(shǔ)於(yú)加工技術問題,而零件瑕玼即大部份來自於工具機的裝配技術及其關鍵(jiàn)零組件的品質控製,而且也與機台結構(gòu)設計理念有關。其 特徵為振動的特性與轉數的大小有直接的關聯。
(二)自激振動(dòng)(Self-excited Uibration)
這是因為切削加工時具有周期性的工作凹凸不平特性(xìng)造成周期(qī)相(xiàng)位的少(shǎo)許錯(cuò)開而又反覆重疊的再生效(xiào)果所產生的影(yǐng)響一般又可稱之為(wéi)“共振”(Resonance),其主(zhǔ)因來自於工具機結構的自然頻率受到激發或者是工件夾持係統的自頻率過低(dī)而受到激發(fā)所(suǒ)引起。由於結構(gòu)的自(zì)然(rán)頻率隻隨夾持或固定方式的改變而改變,因此振刀發生時,改變切削(xuē)條件(如改變轉速)往往(wǎng)石以改善切削振動,然而在某些無法改變切削速度的場合(如攻牙或(huò)某些材質的切削),往往隻有借助於夾持方式的變更,甚至於改變刀具或刀具固定方式才能解決這類問題。
二、抑(yì)製振刀的對策
依據研究所得的振刀原理,目前應用於加工現場中有一些比較具體而實用的方法:
(一)盡量選擇切削阻抗較(jiào)小的(de)一切條件,亦(yì)即最適當的刀具進給速率與切削速度(或主軸(zhóu)轉速)。
(二)調整切削速度以避開共振。
(三)減輕(qīng)造成振動的部(bù)份的工作重量,慣性越小越好。
(四)針對振動最大的地方(fāng)予(yǔ)以固(gù)定或夾持,如中心架、工作保持器等。
(五)提高加工係統的剛性,例(lì)如使用彈性係數較(jiào)高的刀柄或使用加(jiā)入動態(tài)減振器(Dynamic Damper)的特殊抗震力,以吸收衝擊(jī)能量。
(六)從刀片與工作旋轉方向下功夫(工作將刀(dāo)具下壓同時也增高刀具的穩定性)。
(七)改變刀(dāo)具的外型與進角(jiǎo),例如:鼻(bí)端半徑(Nose Radius)越小越好,以降低切削阻力。 側傾角(Sick Rake Angle) 必須取正值,以使切削方向更近垂直。後傾角(Back Rake Augle) 最好(hǎo)為正值,惟甚去屑切屑能力相對變(biàn)差,因(yīn)此一般(bān)可選 用槽(cáo)刑刀以使傾角變為(wéi)負值,但仍保有正值的切(qiē)削效果。
(八)導角(Lead Augle)越小越好,最好(hǎo)為零。
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