車工技師論文---車床的振動及控制

　　1 振動
　　
　　車削加工過程中，工件和刀具之間常常發(fā)生強烈的振動，破壞和干擾了正常的切削加工，是一種極其有害的現(xiàn)象。當車床發(fā)生震動時，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，這時必須降低切削用量，使車床的工作效率大大降低。強烈振動時，會時車床產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象，使切削加工過程無法進行下去。由于振動，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。車床振動可公為自由振動、強迫振動和自系振動，據(jù)測算，這三類振動分別5%,30%,65%.
　　
　　當振動系統(tǒng)的平衡被破壞，彈性力來維持系統(tǒng)的振動，稱為自由振動（如圖1），在外界周期性干擾力持續(xù)作用下，被迫產(chǎn)生的振動稱為強迫振動（如圖2），由振動過程本身引起切削力周期性變化，又由這個周期性變化的切削力反過來加強和維持的振動稱為自激振動（如圖3）。
　　
　　圖1 圖2
　　
　　圖3
　　
　　2 車床振動的振源
　　
　　尋找振動的來源，并加以排除或限制，是有效控制振動的途徑。振源來自車床內(nèi)部的，稱為機內(nèi)振源；來自車床外部的，稱為機外振源。
　　
　　由于自由振動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，對車床加工過程影響非常小，可以忽略不計。
　　
　　強迫振動的振源
　　
　　機內(nèi)振源：車床上各個電動機的振動，包括電動機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)不平衡及電磁力不平衡引起的振動；機床回轉(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；運動傳遞過程中引起的振動，如變速操縱機機構(gòu)中的齒輪嚙合時的沖擊力，卸荷帶輪把徑向載荷卸給箱體時的振動，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，滑動軸承和滾動軸承尺寸及形位誤差引起的振動；往復部件運動的慣性力，如離和器控制箱體的正反轉(zhuǎn)引起的慣性力振動；切削時的沖擊振動，如切削帶有鍵槽的工件表面時循環(huán)沖擊載荷引起的振動；車床液壓傳動系統(tǒng)的壓力脈動。
　　
　　機外振源：其它機床、鍛壓設(shè)備、火車、汽車等通過地基傳給車床的振動。
　　
　　自激振動的振源
　　
　　引起自激振動的振源主要有車削時切削量過大、主切削力的方向、車刀的幾何角度的選擇不當?shù)取?br />　　
　　3 振源分析
　　
　　1）查找車床振動振源的框圖，見圖4.
　　
　　圖4 查找車床振動振源的框圖
　　
　　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、制造及裝配過程中存在某些不足之處，另一方面長期工作過程中使得某些零件失效，導致主軸箱在工作過程中產(chǎn)生了振動。齒輪在嚙合時引起沖擊產(chǎn)生頻率為嚙合頻率的振動，主軸安裝偏心所引起周期性振動；軸承的損傷所引起周期性沖擊或者激發(fā)自身的各個元件以固有頻率振動；以及其它因素所引起的振動�，F(xiàn)以CA6140車床為例。對CA6140主軸箱傳動系統(tǒng)中軸的回轉(zhuǎn)頻率和齒輪嚙合頻率進行計算和實際測量（計算過程從略）。由于主軸轉(zhuǎn)速檔位較多，故僅選取主軸轉(zhuǎn)速為200rpm時計算主軸箱內(nèi)各軸的回轉(zhuǎn)頻率和齒輪嚙合頻率，計算結(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)元件脈動頻率計算結(jié)論數(shù)據(jù)如表2所示。
　　
　　表1
　　
　　回轉(zhuǎn)
　　
　　軸號 理論頻率（HZ） 實際頻率（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)過大量實踐分析對比，發(fā)現(xiàn)主軸箱內(nèi)頻率為f=173HZ、f=790HZ對切削力影響很大，f=173HZ頻率的振動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。
　　
　　進一步對f=173HZ,f=790HZ頻率所產(chǎn)生振動原因進行分析=計算并與表1、表2對比。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振動頻率對切削力影響很大。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不平穩(wěn)所引起的。
　　
　　4 車床振動的控制
　　
　　1）對強迫振動的控制
　　
　　·將振源與車床隔離。設(shè)置隔振裝置，將振源所產(chǎn)生的振動由隔振裝置大部分吸收，減少振源對車削加工的干擾。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。
　　
　　·減少激振力。如精確平衡回轉(zhuǎn)零部件，將電動機轉(zhuǎn)子、皮帶輪和卡盤作靜平衡和動平衡試驗，提高軸承裝配精度。
　　
　　·提高車床傳動的制造精度。如將變速操縱機構(gòu)中齒輪嚙合的制造精度提高，可以減少因齒輪嚙合傳動而引起的振動。
　　
　　·提高工藝系統(tǒng)的剛度及阻尼。車床系統(tǒng)剛度增加，對振動的抵抗能力提高，亦可減少振動。
　　
　　·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）對自激振動的控制
　　
　　·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、潤滑；
　　
　　·提高工藝系統(tǒng)的抗振性。

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