車工技師論文---車床的振動(dòng)及控制

　　1 振動(dòng)
　　
　　車削加工過程中，工件和刀具之間常常發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，破壞和干擾了正常的切削加工，是一種極其有害的現(xiàn)象。當(dāng)車床發(fā)生震動(dòng)時(shí)，工件表面質(zhì)量惡化，產(chǎn)生明顯的表面振紋，工件的粗糙度增大，這時(shí)必須降低切削用量，使車床的工作效率大大降低。強(qiáng)烈振動(dòng)時(shí)，會(huì)時(shí)車床產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象，使切削加工過程無法進(jìn)行下去。由于振動(dòng)，將使車床和刀具磨損加劇，從而縮短車床和刀具的使用壽命；振動(dòng)并伴隨有噪音，危害工人身心健康，使工作環(huán)境惡化。車床振動(dòng)可公為自由振動(dòng)、強(qiáng)迫振動(dòng)和自系振動(dòng)，據(jù)測(cè)算，這三類振動(dòng)分別5%,30%,65%.
　　
　　當(dāng)振動(dòng)系統(tǒng)的平衡被破壞，彈性力來維持系統(tǒng)的振動(dòng)，稱為自由振動(dòng)（如圖1），在外界周期性干擾力持續(xù)作用下，被迫產(chǎn)生的振動(dòng)稱為強(qiáng)迫振動(dòng)（如圖2），由振動(dòng)過程本身引起切削力周期性變化，又由這個(gè)周期性變化的切削力反過來加強(qiáng)和維持的振動(dòng)稱為自激振動(dòng)（如圖3）。
　　
　　圖1 圖2
　　
　　圖3
　　
　　2 車床振動(dòng)的振源
　　
　　尋找振動(dòng)的來源，并加以排除或限制，是有效控制振動(dòng)的途徑。振源來自車床內(nèi)部的，稱為機(jī)內(nèi)振源；來自車床外部的，稱為機(jī)外振源。
　　
　　由于自由振動(dòng)是由切削力的突然變化或其它外力沖擊引起的，可快速衰減，對(duì)車床加工過程影響非常小，可以忽略不計(jì)。
　　
　　強(qiáng)迫振動(dòng)的振源
　　
　　機(jī)內(nèi)振源：車床上各個(gè)電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，包括電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)不平衡及電磁力不平衡引起的振動(dòng)；機(jī)床回轉(zhuǎn)零件的不平衡，如皮帶輪、卡盤、刀盤和工件不平衡引起的振動(dòng)；運(yùn)動(dòng)傳遞過程中引起的振動(dòng)，如變速操縱機(jī)機(jī)構(gòu)中的齒輪嚙合時(shí)的沖擊力，卸荷帶輪把徑向載荷卸給箱體時(shí)的振動(dòng)，三角皮帶的厚度不均勻，皮帶輪質(zhì)量偏心，雙向多片摩擦離合器，滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承尺寸及形位誤差引起的振動(dòng)；往復(fù)部件運(yùn)動(dòng)的慣性力，如離和器控制箱體的正反轉(zhuǎn)引起的慣性力振動(dòng)；切削時(shí)的沖擊振動(dòng)，如切削帶有鍵槽的工件表面時(shí)循環(huán)沖擊載荷引起的振動(dòng)；車床液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的壓力脈動(dòng)。
　　
　　機(jī)外振源：其它機(jī)床、鍛壓設(shè)備、火車、汽車等通過地基傳給車床的振動(dòng)。
　　
　　自激振動(dòng)的振源
　　
　　引起自激振動(dòng)的振源主要有車削時(shí)切削量過大、主切削力的方向、車刀的幾何角度的選擇不當(dāng)?shù)取?br />　　
　　3 振源分析
　　
　　1）查找車床振動(dòng)振源的框圖，見圖4.
　　
　　圖4 查找車床振動(dòng)振源的框圖
　　
　　2）車床主軸箱內(nèi)振源分析
　　
　　一方面主軸箱中齒輪、軸承等零部件設(shè)計(jì)、制造及裝配過程中存在某些不足之處，另一方面長(zhǎng)期工作過程中使得某些零件失效，導(dǎo)致主軸箱在工作過程中產(chǎn)生了振動(dòng)。齒輪在嚙合時(shí)引起沖擊產(chǎn)生頻率為嚙合頻率的振動(dòng)，主軸安裝偏心所引起周期性振動(dòng)；軸承的損傷所引起周期性沖擊或者激發(fā)自身的各個(gè)元件以固有頻率振動(dòng)；以及其它因素所引起的振動(dòng)。現(xiàn)以CA6140車床為例。對(duì)CA6140主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)中軸的回轉(zhuǎn)頻率和齒輪嚙合頻率進(jìn)行計(jì)算和實(shí)際測(cè)量（計(jì)算過程從略）。由于主軸轉(zhuǎn)速檔位較多，故僅選取主軸轉(zhuǎn)速為200rpm時(shí)計(jì)算主軸箱內(nèi)各軸的回轉(zhuǎn)頻率和齒輪嚙合頻率，計(jì)算結(jié)論數(shù)據(jù)如表1所示；主軸前端D3182121雙列向心短圓柱滾子軸的有關(guān)元件脈動(dòng)頻率計(jì)算結(jié)論數(shù)據(jù)如表2所示。
　　
　　表1
　　
　　回轉(zhuǎn)
　　
　　軸號(hào) 理論頻率（HZ） 實(shí)際頻率（HZ） 回轉(zhuǎn)頻率 嚙合頻率 回轉(zhuǎn)頻率 嚙合頻率 Ⅰ fⅠ=13 f56=760 fⅠ=14.15 f56=792 Ⅱ fⅡ=19 f38=730 fⅡ=20.8 f38=792 f22=423 f22=459 Ⅲ fⅢ=7.29 f58=423 fⅢ=7.9 f50=364.5 f50=364.5 f50=395 Ⅳ fⅣ=7.29 f50=364.5 fⅣ=7.9 f51=371.8 f50=395 f51=403.8 Ⅴ fⅤ=7.44 f50=371.8 fⅤ=8 f50=403.8 f26=193.3 f26=210 Ⅵ fⅥ=3.333 f58=193.3 fⅥ=3.6 f58=210
　　
　　表2
　　
　　內(nèi)圈滾道波度 172.8HZ 滾珠通過內(nèi)圈的頻率 60.5HZ 外圈的頻率 47.5HZ 滾珠自轉(zhuǎn)頻率 29.4HZ
　　
　　3）數(shù)據(jù)分析
　　
　　經(jīng)過大量實(shí)踐分析對(duì)比，發(fā)現(xiàn)主軸箱內(nèi)頻率為f=173HZ、f=790HZ對(duì)切削力影響很大，f=173HZ頻率的振動(dòng)主要是通過工件直接傳輸給刀架的，而f=790HZ一部分能量通過車床床身傳遞給刀架，一部分能量通過工件傳遞給刀架。
　　
　　進(jìn)一步對(duì)f=173HZ,f=790HZ頻率所產(chǎn)生振動(dòng)原因進(jìn)行分析=計(jì)算并與表1、表2對(duì)比。得出如下結(jié)果：f=173HZ是由主軸前端的雙列向心短圓柱滾子軸承的內(nèi)圈滾道表面粗糙度很大所引起的，f=790HZ為軸承上齒輪（Z=56）的嚙合頻率，由摩擦片離合器在嚙合處剛性不足造成齒輪嚙合時(shí)不平穩(wěn)所引起的。
　　
　　通過以上分析可知，在切削過程中，f=173HZ和f=790HZ振動(dòng)頻率對(duì)切削力影響很大。f=173HZ是由主軸前端的雙列向心短圓柱滾子軸承所引起的；f=790HZ是由軸承上的齒輪嚙合時(shí)不平穩(wěn)所引起的。
　　
　　4 車床振動(dòng)的控制
　　
　　1）對(duì)強(qiáng)迫振動(dòng)的控制
　　
　　·將振源與車床隔離。設(shè)置隔振裝置，將振源所產(chǎn)生的振動(dòng)由隔振裝置大部分吸收，減少振源對(duì)車削加工的干擾。挖防振溝，將車床安置在防振地基上，設(shè)置彈簧或橡皮墊減少振動(dòng)。
　　
　　·減少激振力。如精確平衡回轉(zhuǎn)零部件，將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子、皮帶輪和卡盤作靜平衡和動(dòng)平衡試驗(yàn)，提高軸承裝配精度。
　　
　　·提高車床傳動(dòng)的制造精度。如將變速操縱機(jī)構(gòu)中齒輪嚙合的制造精度提高，可以減少因齒輪嚙合傳動(dòng)而引起的振動(dòng)。
　　
　　·提高工藝系統(tǒng)的剛度及阻尼。車床系統(tǒng)剛度增加，對(duì)振動(dòng)的抵抗能力提高，亦可減少振動(dòng)。
　　
　　·調(diào)節(jié)系統(tǒng)的固有頻率，避免共振現(xiàn)象發(fā)生。
　　
　　·采用減振器和阻尼器。
　　
　　2）對(duì)自激振動(dòng)的控制
　　
　　·合理選擇與切削有關(guān)的系數(shù)；
　　
　　·合理選擇車刀的幾何參數(shù)；
　　
　　·合理安排刀尖高低、潤(rùn)滑；
　　
　　·提高工藝系統(tǒng)的抗振性。

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