车削加工表面振纹的成因及消除方法探讨

刘红梅

摘要：随着制造工业技术的不断提高，影响工件表面的加工质量、加工精度及使用性能的振纹，受到了很大重视，通过对各种振纹形状的成因分析，找到消除振纹的形成方法，达到提高产品加工的质量。

关键词：车削加工振纹振动消除方法

一、振纹的概念

车削加工过程中由于出现了振动，使车刀在工件加工表面产生了位移，因此在加工表面产生了波纹，这个就叫做振纹。振纹一般分端面振纹和回转表面振纹。端面振纹主要有轮辐型和靶型。回转表面振纹主要有斑节条型和自振振纹（如直纹型、乱纹型、阴阳型）等。振纹由振动引起，振动一般都具有自由振动、受迫振动和自激振动。利用外力作用物体，使物体离开后，在没有外力的作用下的，通过自身的弹力和重力进行的振动称为自由振动。自由振动又叫无阻尼自由振动，自由振动在整个振动系统中一般占5%。物体一直在一种周期性的外力作用下，也叫驱动力的作用下，产生的振动叫受迫振动。持续的外力，使系统的能量损失得到补充，受迫振动在整个振动系统中一般占30%。当物体在没有外力的作用下所产生的振动，叫做自激振动。它是一种比较危险的振动，因为它是由静能源的能量产生的持续而稳定的周期振动。如果设备发生了自激振动，容易使设备失去稳定性。而在实际加工中，自激振动占整个振动系统振动的65%。要消除振纹，就要消除振动，要消除振动就要消除引起振动的振源。机床在机械加工过程中，振源有两种，一个是来自机床外部的振源，主要是车间里的其它锻压设备、机床及附近的火车、汽车等通过地基传给车床的振动源。另外一个是机床自身的振源，如机床、刀具、夹具、和工件组成的

工艺系统（如电机、工件、旋转轴等）、传动系统（如皮带轮、滚动轴承、液压传动系统的压力脉冲等）及机床回转组件等。

二、端面振纹的消除方法

（一）轮辐型振纹的消除方法

通过研究发现，无论是机床外部还是内部的振源，它们对端面轮辐型振纹的形成，综合原因主要是机床主轴的轴向力窜动问题。轮辐型振纹的条数一般都与机床主轴上主动齿轮的齿数有关，多数情况是振纹条数与齿轮数相同；它的振纹深浅度与刀具使用的材料有关系，硬质合金车刀车削45号钢断面振纹从外向内逐步加深，通过车刀受力分析，得知原因是车刀的轴向切削力与切削速度有关，一般车削断面时，车刀都是从外向中心车削的，加工时的切削半径会越来越小，切削速度也会越来越小，从受力分析，轴向力的公式可以看出来，轴向力是越来越大的，这样主轴的窜动也会就越来越大，从而使得振纹慢慢的由浅变深；但是用高速钢车刀或者硬质合金车刀车削灰铸铁时候，振纹深浅度反而没变化。通过车削试验发现，削速度对轴向力几乎没有产生影响，从而使得振纹没有发生明显的变化。消除轮辐型振纹的方法是要保证啮合精度，啮合精度越高振纹越不明显。一般是把主动轮或从动齿轮中磨损较多的齿轮换掉，以保证啮合精度。有的时候也可以通过改变切削速度、进给量、背吃刀量来改善振纹，这个就可能比较复杂的，要不断地调整每个的量量进行选择比较，最后才能选择最佳的各个量。

（二）靶型振纹的消除方法

靶型振纹形成的原因，通过车削试验发现，是由于中滑板丝杆在横向进给时速度不均匀，引起车刀的振动和主轴轴向力的窜动而形成的。对中滑板丝杆在横向进给时速度均匀，试验中发现制约的因素很多，常有丝杆变形弯曲、丝杆螺母配合的配合精度不好、燕尾槽的直线度偏离过大等。消除的方法，是通过检查丝杆的直线度和同轴度，一般用水平仪和百分表配合使用，检测丝杆螺纹的加工精度，要求小于0.05mm；对丝杆螺母的配合间隙，一般也用百分表检测径向间隙，一般要在0.2mm0.3mm以下，多数情况下，螺母的磨损比丝杆较快；检测燕尾导轨的直线度和平面度，一般用水平仪和百分表，要求小于0.02/1000mm；最后在装配时要保证丝杆的轴线与燕尾导轨面平行，也要用水平仪和百分表，要学会调整中滑板中的塞铁以及配合螺母上的调节螺钉。

三、回转面振纹的消除方法

（一）斑节条型振纹的消除方法

斑节条型振纹之间的间距是一样的，它的斑节间距主要与螺距和齿距有关，一个是导轨面下的齿条螺距，另外一个是大滑板溜板箱里与齿条啮合的传动齿轮的齿距。斑节的间距有时候和他们一样，有的时候是成倍数增大的。消除的方法，首先是检查大滑板溜板箱的位置是否出现偏移了，检测偏移量的大小；其次是检测传动齿轮与齿条的制造精度和啮合度是否正确；要调整好中心距，对小齿轮的磨损，要测量，是否磨损过大，必要时要进行更换；除次外，还要对机床整体进行检查，如操纵杆、丝杆、光杆等杆类的直线度检查，溜板箱等孔类的同轴度检查等；最后还要保证大滑板在摇动过程中，保证传动齿轮与齿条的啮合平稳性。

（二）自振振纹的消除方法

自振振纹是由于切削过程中切削力的变化引起的振纹，消除的方法比较复杂，可以从以下几个方面去考虑：（1）选择合适的转速、进给量、背吃刀量。一般不要在30m/min与70m/min之間选择速度，因为这个速度段容易产生自振；进给量的选择，应尽可能避免宽而薄的切屑的切削，在机床许可的情况下，可以增大进给量和减小切削深度，也会减少自振振纹。（2）刀具角度的调整，增大刀具前角和减少刀具后角，或者当切削深度和进给量不变时，增大主偏角，可以减少自振振纹。（3）刀具材料，对切削加工的振纹有一定的影响，随着科学技术不断发展，刀具材料也在不斷的更新，选用非涂层或者物理涂层的钴基硬质合金刀片，对自振振纹有一定的控制。

总之振纹的产生原因很复杂，要多试验、多研究，才能找出振纹的规律，从而得到消除振纹的方法。

参考文献：

[1]李松生.轴承套圈表面磨削振纹产生的原因及消除对策[J].磨床与磨削，1997（1）：47.

[2]李耀刚.张文明数控车床振动的控制：振源与力学模型[J].机床与液压，2004（7）.