深槽精銑加工的振動(dòng)分析與解決

仝九雨

摘要： 本文對(duì)槽銑床切削加工時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)的各種原因進(jìn)行了歸結(jié)匯總，分析了振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)理，對(duì)加工質(zhì)量的影響，提出了防止和減小振動(dòng)的方法措施。

Abstract： In this paper， the various causes of vibration during the machining of slot milling machine are summarized. The mechanism of vibration generation and its influence on the machining quality are analyzed. The methods to prevent and reduce the vibration are put forward.

關(guān)鍵詞： 深槽切削；振動(dòng)；摩擦

Key words： deep groove cutting；vibration；friction

中圖分類號(hào)：TM353 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）03-0123-02

0 引言

空內(nèi)冷結(jié)構(gòu)汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大，逐漸向高效、輕型、高可靠性發(fā)展，其核心轉(zhuǎn)子銑槽工序加工難度大，加工精度要求越來(lái)越高，加工質(zhì)量直接影響到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的效率、壽命、可靠性。提高銑槽工序的加工質(zhì)量，關(guān)鍵是減小精加工時(shí)的變形和振動(dòng)引起的發(fā)顫。

1 振動(dòng)產(chǎn)生的原因

汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，已圓周40槽（對(duì)稱28槽）為例，槽深達(dá)120mm以上，長(zhǎng)度2500～3000mm，切削過(guò)程復(fù)雜，振動(dòng)產(chǎn)生的原因較多，主要有以下幾方面：

1.1 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子嵌線槽槽壁薄，工藝系統(tǒng)剛相差

槽壁呈倒錐形，越靠近根部越薄，最小處13mm，尤其遠(yuǎn)離大齒的槽壁，工藝系統(tǒng)剛性進(jìn)一步變差，易隨著切削力的變化而變形，尤其在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子嵌線槽粗銑后應(yīng)力未得到充分釋放就進(jìn)行精銑加工。

1.2 刀具

由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子嵌線槽長(zhǎng) ，刀體材料強(qiáng)度，硬度不合適，刀具幾何參數(shù)不合理，磨損快，刀具和槽壁擠壓摩擦加劇，切削力變大，切削熱劇增，導(dǎo)致槽壁變形，是引起振動(dòng)的原因之一，從而拉毛工件表面，出現(xiàn)條紋型波浪紋，出現(xiàn)磷刺，導(dǎo)致粗糙度變差及平面度超差。

1.3 切削參數(shù)選用不合適

①進(jìn)給量，切削速度過(guò)高，刀具磨損加快，切削力變大，由于工藝系統(tǒng)剛性差，槽壁變形，導(dǎo)致振動(dòng)，發(fā)顫，產(chǎn)生磷刺，粗糙度變差，加工過(guò)后槽變形，上部尺寸超差。

②切削深度越深，刀具單位面積金屬去處率變大，加工功率變大，也易引起振動(dòng)、顫紋。

③槽銑床自身狀況的影響：槽銑床本身的精度不夠也是產(chǎn)生振動(dòng)的原因。槽銑床主軸箱內(nèi)各嚙合齒輪，軸承等配合精度低，導(dǎo)軌磨損，各夾緊裝置的不可靠，在切削中都可能產(chǎn)生振動(dòng)。

2 振動(dòng)對(duì)加工質(zhì)量的影響

①加工過(guò)程中的振動(dòng)降低了加工表面的質(zhì)量，引起加工表面的振動(dòng)波紋、磷刺、表面粗糙度值變大等。它會(huì)使工件和刀具之間產(chǎn)生相對(duì)位移，影響正常的刀具走刀軌跡，導(dǎo)致加工后嵌線槽上部尺寸變大、超差。

②刀具使用壽命由于振動(dòng)而降低，影響刀具的正常切削條件，加快了刀具的磨損，甚至引起崩刃，傷害槽壁。

③影響和降低了生產(chǎn)效率，為了避免劇烈的振動(dòng)不得不降低切削參數(shù)。同時(shí)，由于降低了刀具使用壽命，加工質(zhì)量差，頻繁換刀，調(diào)校刀具，使生產(chǎn)效率降低。

④使槽銑床的精度降低。由于振動(dòng)使槽銑床傳動(dòng)系統(tǒng)受力存在間歇性，加速齒輪，軸承的磨損，傳動(dòng)間隙增大，機(jī)床精度降低，進(jìn)而影響設(shè)備壽命及加工質(zhì)量。

⑤影響工作環(huán)境。振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生刺耳的噪音，使操作者的身心健康受到損害，降低工作效率。

3 防止和減小振動(dòng)的措施

由于振動(dòng)的產(chǎn)生原因是多方面的，嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的加工質(zhì)量，依據(jù)具體情況具體分析，判斷振動(dòng)產(chǎn)生的原因和性質(zhì)，采取有效措施避免和減少振動(dòng)的產(chǎn)生。

3.1 優(yōu)秀的操作者

業(yè)務(wù)水平高，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富，責(zé)任心強(qiáng)，深入了解掌握設(shè)備及刀具的性能，能夠進(jìn)行科學(xué)的刀盤(pán)調(diào)校，根據(jù)刀具、設(shè)備、工件設(shè)定合理的切削參數(shù)，能夠設(shè)計(jì)合理的裝卡工藝方案。對(duì)遇到的深槽加工中的各種異常情況進(jìn)行分析、解決。

3.2 設(shè)備

①提高設(shè)備自身的抗振性：可提高機(jī)床系統(tǒng)的剛性、可靠性，提高機(jī)床零部件加工和裝配質(zhì)量，合理保養(yǎng)機(jī)床，及時(shí)潤(rùn)滑，使其處于最佳工作狀態(tài)。

②工件裝卡系統(tǒng)合理、可靠、穩(wěn)定，輔助制成合理避免過(guò)定位，確保在工件加工過(guò)程中不會(huì)發(fā)生工件的變形移位。在相鄰槽內(nèi)增加楔緊裝置，以提高銑槽過(guò)程中的工件剛性，改善加工狀況。

3.3 材料的因素

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子材質(zhì)為鉻、鉬合金，高強(qiáng)度，高硬度，熱軋鍛造，硬度值在HB170～220之間。由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子長(zhǎng)，槽深，銑加工面積大，槽型尺寸公差（+0.1，0），粗糙度Ra3.2，需要刀具有較長(zhǎng)的使用壽命及較高的耐磨性。

①合理選擇刀具材料，要求具有較高的硬度，耐熱性，易選用YT15類硬質(zhì)合金刀片。

②合理選擇刀具的幾何角度。

盤(pán)銑刀在深槽精銑切削過(guò)程中，對(duì)產(chǎn)生振動(dòng)影響最大的刀具幾何參數(shù)是：前角、后角、副后角。深槽精銑加工，可以分解為大直徑盤(pán)銑刀的薄壁件面加工，在保證高效，大進(jìn)給，高壽命的前提下，選擇合理的刀具幾何尺寸，一般應(yīng)注意以下幾方面：

①應(yīng)采用90度的主偏角，較大的主偏角可以有效減小切削背向力，減小槽壁受到的垂直分力，減小振動(dòng)。

②后角。在后刀面不與已加工表面摩擦的前提下，盡可能增大，以保證刀尖的強(qiáng)度，提高刀具壽命。

③副偏角。在刀尖范圍以外的副切削刃不與已加工面摩擦的前提下，盡可能的增大，以保證刀尖強(qiáng)度，提高刀具使用壽命。endprint

④前角。影響刀尖的強(qiáng)度及切削形狀、斷屑，較大的前角可以減小切削力，減小槽壁的擠壓變形，但是刀尖強(qiáng)度降低，容易崩刃。較小的前角刀尖強(qiáng)度變好，但是切削力變大。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，大直徑刀多刃盤(pán)銑刀，轉(zhuǎn)速低，切削刃在槽內(nèi)行程長(zhǎng)，需要很好的排屑效果。故為了得到較好的綜合切削性能，在較小的前角內(nèi)磨出全圓弧形卷削槽，這樣切削刃強(qiáng)度和切削力得到了兼顧。

⑤刀尖對(duì)已加工表面粗糙度影響很大，是刀具的主要工作部分，決定了加工質(zhì)量，是刀具壽命的決定因素。圓弧形過(guò)渡刃不但可以提高刀具壽命，還可以提高已加工表面粗糙度，但是過(guò)大的圓弧過(guò)渡刃半徑，使槽壁受到的垂直分力變大，容易引起振動(dòng)。

3.4 合理切削參數(shù)

選用合理的刀具，根據(jù)刀具商推薦的切削速度，每齒進(jìn)給量，刀盤(pán)齒數(shù)，計(jì)算出刀盤(pán)轉(zhuǎn)速，工作臺(tái)進(jìn)給。根據(jù)工藝系統(tǒng)剛性，工件材質(zhì)硬度，修正切削速度，得到最大允許進(jìn)給量，已得到最大的切削效率，刀具壽命。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析，維護(hù)好機(jī)床，提高主軸與軸承配合，齒輪和齒輪嚙合精度，保證導(dǎo)軌的直線度；正確選用刀具材質(zhì)，合理選用切削用量，采用合理的加工工藝，可以減小機(jī)床切削時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子加工難度大，影響加工質(zhì)量效率的因素較多，首要的就是刀具。

本文僅對(duì)在銑槽過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)發(fā)顫問(wèn)題進(jìn)行了探討，提出了解決問(wèn)題的方法，并在實(shí)際生產(chǎn)中的到了實(shí)施驗(yàn)證，槽壁粗糙度達(dá)到Ra3.2，較好的平面度。刀盤(pán)、刀座、刀片共同構(gòu)成了銑槽加工的切削幾何參數(shù)，決定了銑槽加工中切削力的大小，刀具的磨損情況。在考慮刀片的通用性，可換位性情況下，可以改進(jìn)刀座的結(jié)構(gòu)尺寸，以降低刀具成本。在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子銑槽加工過(guò)程中對(duì)加工尺寸的控制，槽底R(shí)圓角與槽壁的過(guò)渡，修光刀片的有無(wú)及吃刀量，刀盤(pán)刀片的端跳，徑跳的控制以及對(duì)加工質(zhì)量的影響等問(wèn)題，本文不予探討。輕載高效加工是當(dāng)下金屬切削加工的趨勢(shì)，合理的刀具切削幾何尺寸是基礎(chǔ)。

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