掌控加工颤振：原因、预防和优化

机械加工中的颤振几乎出现在所有制造过程中。制造过程中使用的重型机器会产生大量振动，导致表面光洁度差和尺寸精度下降。

机械师必须在数控车削、铣削或钻孔等不同工艺中处理这种不良振动。然而，了解加工颤振及其原因并了解如何避免它会很有帮助，因为它有助于防止停机，这对企业来说是可怕的。

本文讨论了抖动的定义、抖动的类型、其后果以及如何避免抖动。

什么是加工中的颤振？

加工中的颤振是在切割或钻孔零件时发生的不必要的振动。颤振是由于工件和刀具相对于彼此反复移动的振动不平衡造成的。当加工零件和切削刀具沿相反方向移动时会发生振动，导致加工刀具每转切削负荷发生变化。

这可能是由于制造设计不当或工具不足造成的。颤振通常会在加工部件的表面上产生巨大的噪音和可见的波纹。加工颤振有两种形式，即：

• 共振振动
• 非共振振动

由于在工件上使用磨损不均匀的刀具，会发生非共振。由于易于检查的机械原因，这种振动在整个加工周期中通常是恒定的。

另一方面，共振发生在刀具路径的特定阶段，例如加工凹角。

加工中的颤振类型

在 CNC 加工中，您可能会遇到两种主要类型的颤振。它们包括以下内容：

工具喋喋不休

一般来说，数控铣刀在切削操作时会产生振动。他们开始修整，同时将振动传递到工件上，并添加各种功能。结果，刀具和工件开始相互滑动，导致颤振显着增加。

工件颤动

有时，当您将工件错误地固定在铣床工作台上时，可能会导致一些偏移和振动。因此，工件的薄壁在转移到切削刀具时可能会开始振动。

值得注意的是，一些闲聊通常是不可避免的。如果加工过程中发生的振动超过100μm，工件表面可能会出现划痕。然而，如果您考虑对刀具和工件颤振采取措施以提高产品质量，那就最好了。我们将在下面讨论如何避免聊天。

机械加工中的颤振会产生什么后果？

如果不控制加工颤振，可能会导致各种有害影响，例如降低加工效率。以下是其中一些：

刀具寿命缩短

切削刀具无法承受刀具与工件颤动的振动冲击。这些震动效应会使切削刀具碎裂和变钝，从而损害切削零件的表面质量。而且，它会降低刀具寿命和切削效率，并且刀具更换费用昂贵。

机器寿命缩短

不同加工部件所使用的机床由不同的部件组成，当存在振动时，这些部件以相同的频率振动。产生不同运动轴的主轴和其他重要部件可能会开始比预期更快地磨损。因此，机器颤振会使机器部件承受过度的压力，如果不加以控制，可能会降低加工效率并导致停机。

表面光洁度差

加工中的颤振会影响工件的美观特性，并在极端情况下会降低其公差。机器颤振最明显的后果之一是表面粗糙度差。颤振会导致表面出现明显的波纹，从而影响零件的质量和耐用性。

尺寸精度降低

当 CNC 加工过程中切削刀具颤动时，它就会偏离 CAM 启动的路径。然而，这种偏差可能会导致零件不配合。由于尺寸不准确，这些零件可能太紧、太长、太短或太松。

制造公司采用不同的方法来最大限度地减少加工操作中的颤动，并确保工件和切削刀具均处于良好状态。以下是有关如何在 CNC 加工过程中减少颤振的一些步骤：

优化加工策略

刀具与工件啮合的程度与传统铣削不同。当铣刀沿路径移动时，经常会在铣刀上施加过大的力。因此，减少颤动的最佳方法是获得规则的啮合刀具路径。作为替代方案，您可以减少切割深度。

另外，尝试重新考虑主轴的配置。例如，如果共振颤振是加工振动的原因，则将机器的 RPM 增加或减少 5%，可以最大限度地减少共振的发生。请注意，某些 CAM 软件具有允许您一致改变主轴速度的功能。由于其多功能性，大多数制造商都采用此功能。

采用正确的工件夹具

平衡的机床具有更好的调节能力。位置和固定不正确等多种因素是 CNC 加工中产生颤振的主要原因。然而，具有端面和胶带接触的刀柄有助于确保加工过程中的最大刚性。因此，在最低转速下部件的表面质量不会受到影响。

您还需要检查机械虎钳、真空工作台、卡盘或其他工件夹紧装置是否对工件施加足够的压力以保持其牢固和固定。

然而，当考虑使用夹具和固定装置根据需要施加夹紧压力时，不要仅夹紧延伸的薄工件的一端。薄壁零件吸收冲击是相当困难的。因此，填充材料增强了其整体刚度并减少了颤动。尾座或类似形式的稳定支架是此类组件的理想选择。

使用正确的切削工具

使用正确的切削刀具有助于避免加工振动。有些切削刀具比其他刀具产生更多的振动。消除工具的颤振并不像消除工件的颤振那么容易。因此，您在选择任何工具时都应考虑以下因素：

• 工具涂层
• 正确的基板几何形状
• 工具的纵横比

机械师和工程师经常使用最大的机床，只要它符合技术规格，就可以很好地配合。刀具越坚固，颤动的可能性就越小。长或细的工具经常会变形。因此，请考虑选择较短且直径最大的刀具。

然而，将具有不同凹槽形状的各种刀具组合起来是最大限度地减少加工中颤动的最有效方法。此外，请考虑减少从支架中突出的工具并将其固定牢固。执行此操作后，不太可能发生机器抖动。

确保您的铣刀具有锋利的刀片，可最大限度地减少数控铣床的切削力。应时刻考虑加工环境的稳定性和刀具的及时维护。同样，施加适当且一致的刀具压力以使切屑负载保持规律也至关重要。

确定理想刀具路径

CNC铣削加工有两种类型——向上铣削和向下铣削。如果沿与夹紧方向相同的方向施加切削力，可以减少弯曲零件的颤动。这通常是需要考虑的切割的一个重要方面。

一般来说，数控铣床都预先安装了滚珠丝杠，这有助于提高数控机床技术的效率和精度。因此，您可以使用立式加工中心来防止切割过程中出现颤动。

机器设置和维护

正如预期的那样，您的数控机床应安装在混凝土地板上，没有任何裂缝、变形或不连续性。您应该知道，机器的布置对于最大限度地减少加工过程中发生的颤振起着至关重要的作用。

这是因为弹性、柔软或损坏的流动可能会增加 CNC 实体的颤抖。因此，您应该考虑使用锚固件和调整脚来保持 CNC 装置牢固稳定，以最大限度地减少颤动。

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结论

颤振是一种导致生产率大幅下降的加工效应。它影响机器性能、工件质量、切削刀具和机床寿命。从机器安装位置到刀具路径，多种因素都会导致其发生。

然而，每当您遇到剧烈振动时，请彻底检查发生的情况。确保正确固定刀具和工件，并且配置的加工选项正确，以有效减轻这种颤动。

常见问题解答

什么是机械加工中的颤痕？

颤痕是磨削时砂轮不转动而留下的不规则表面缺陷，或者是在车床上车削长工件时，由于加工振动而形成的规则痕迹。

什么原因导致加工操作中出现颤振？

如果您的机床过度磨损，切削过程中产生的切削力将显着增加。切割刚性基材时，增加的切割力通常会导致颤振。

什么原因导致旋转设备振动？

旋转设备颤动或振动的最常见原因包括不对中、不平衡、磨损和松动。当不平衡的重量绕机器轴旋转时，旋转部件内的重物区域的不平衡会导致振动，产生集中力。

如何识别加工中的颤振？

通常可以听到数控机床的颤动声。因此，经验丰富的机器操作员可以利用其独特的声音成功识别何时发生颤动。此外，加工颤振会在工件表面留下明显的波痕。