车削过程中车床振动的消除措施

转动中的常见故障之一是振动。车床振动时，扰乱和破坏了工艺系统的正常切削过程，不仅严重恶化了加工表面质量，而且缩短了机床和刀具的使用寿命。因此，有必要采取一些措施来减少或消除机床产生的振动。

今天主要介绍加工过程中工件系统和刀架系统变形引起低频振动的原因及消除措施。

01 低频振动的主要特征

在消除机床旋转部件和传动系统的振动后，车削振动的主要类型是不随车削速度变化的自激振动。

低频振动的主要特点是：

• 振动频率低（50 ~ 300Hz），振动时噪音低
• 工件切削面上留下的痕迹又深又宽
• 振动剧烈，常使机床零件（如尾座、刀架等）松动，折断硬质合金刀片。

02 低频振动的原因

车削低频振动时，工件系统和刀架系统通常都在振动（但在大多数情况下，工件系统的振动较大，起主导作用）。它们有时相互分离，有时相互接近，产生大小相等和方向相反的力和反作用力。在振动过程中，当工件与刀具分开运动时，切削力F与工件位移同方向分离，做功为正。当工件接近刀具时，接近切削力F所做的功为负。

转弯时：

• 切屑与刀具前刀面之间的摩擦
• 刀具在切入和退出工件时遇到的金属硬化程度不同
• 刀具的实际几何角度在振动过程中会周期性变化
• 在振动过程中，刀具与工件的相对运动路径为椭圆，从而引起切削截面的周期性变化
• 工件在前一旋转过程中的振动留下的痕迹会导致切割断面的周期性变化。这五个条件可以引起切削力的周期性变化，使f相距>f逼近。这样，在每个振动循环中，切削力对工件（或刀具）所做的正功总是大于对工件（或刀具）所做的负功，从而使工件（或刀具）获得能量补充并产生自激振动。

03 低频振动的消除措施

(1)在低频振动中，振动主要是Y方向振动引起切削力变化，使f相距>f逼近而产生振动。

主要采取以下5个措施。

① 刀具主偏角（μR角越大），FY力越小，越不容易产生振动。因此，适当增加刀具的主偏角，以消除或减少振动。

② 适当增大刀具前角可以减小FY力，减少振动。

③刀具后角过大或刀刃太锋利，刀具易咬入工件，易产生振动。刀具适当钝化后，后刀面可防止刀具“咬入”工件，从而减少或消除振动。

④ 车削时刀尖位置过低（低于工件中心）或在车床上镗削时刀尖位置过高，会降低刀尖的实际前角并增加后倾角，容易产生振动。

⑤ 如果刀架系统具有负刚度，则容易“咬”工件并产生振动。因此，在车削时应尽量避免刀架系统负刚度引起的振动。

(2)在车削过程中产生宽而薄的切屑时，Y方向的振动引起切削力的变化。当切削断面宽而薄时，Y方向的振动会引起切削截面和切削力的剧烈变化。因此，这种情况下容易产生振动。例如，用纵刀车削时，切深越大，进给量越大，主偏角越小，切削断面越宽越薄，越容易产生振动。因此，在选择车削速度时，应避开切削力随速度减小的中速区（切削碳钢时，速度范围为30～50M/min），并减小小车的切削力。同时，适当提高进给速度和减小切削深度也有助于抑制振动。

(3)工件系统和刀架系统刚性不足是产生低频振动的主要原因。可采取以下措施消除或减少振动：

① 用三爪或四爪装夹工件时，尽量减小工件旋转中心与主轴旋转中心的同轴度误差，避免因工件因断续切削或切削不均匀造成切削力周期性变化而引起的振动倾向。

② 加工薄而长的易变形、易弯曲、易振动的工件时，采用弹性中心和辅助支撑，加冷却液冷却工件，减少工件的热膨胀变形。

③装夹工件时，工件不要伸出过长。对于刚性不足的工件，采用合理的中心架、刀跟架和中心等辅助支撑，增加工件的刚性。

④ 使用顶板时，顶板与顶板锥孔要配合好，避免顶力过大使工件弯曲或顶力过小使工件摆动，并注意尾座的悬挂袖子不能太长。

⑤机床主轴的轴承间隙直接影响主轴的旋转精度和刚度。如果在使用过程中因轴承磨损而游隙过大而刚度不足，应调整轴承游隙并施加预紧力，以增加工件系统的刚度，消除振动。

⑥定期检查中台与大台的接触，小刀架与中台的燕尾导轨，调整斜嵌，保持适当的间隙，避免刀台移动时爬行，造成刀架系统的振动。