車削加工噪音的產(chǎn)生及其控制研討

向偉

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?在工廠的機(jī)械加工制造中，由于多種因素往往會(huì)產(chǎn)生一些噪音，很多噪音振動(dòng)都是受迫振動(dòng)，但也同其生產(chǎn)制造流程和工藝有著密切聯(lián)系?；诖?，分析了車削加工噪音產(chǎn)生的原因，并從刀具、夾具、切削工藝幾方面提出了車削加工噪音控制的措施，以提升車削加工的生產(chǎn)效率。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?車削加工;噪音產(chǎn)生;控制

[中圖分類號(hào)] ?G712 ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號(hào)] ?2096-0603（2018）25-0081-01

噪音是車削加工中隨時(shí)可能產(chǎn)生的，因?yàn)檎駝?dòng)所產(chǎn)生的噪音會(huì)對(duì)正常的切割和產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，也會(huì)降低機(jī)床和刀具的性能。噪音也還可能會(huì)影響工人的工作情緒，因此了解其振動(dòng)噪音產(chǎn)生的原因并制定應(yīng)對(duì)措施對(duì)于車削加工具有重要的意義。

一、振動(dòng)噪音的分類

在實(shí)際生活中，機(jī)械加工的噪音很多都是受迫或者自激振動(dòng)，振動(dòng)即會(huì)引起噪音。在消除機(jī)床回轉(zhuǎn)組件（如電機(jī)、工件、旋轉(zhuǎn)軸等）和傳動(dòng)系統(tǒng)（如皮帶輪、滾動(dòng)軸承、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的壓力脈沖等）的振動(dòng)之后，整個(gè)車削加工過(guò)程中所產(chǎn)生的噪音都可能被劃分為低頻率噪音和高頻率噪音，這需要看其振動(dòng)的幅度和頻率的大小和不同，進(jìn)而采取差異化措施。

二、車削加工噪音產(chǎn)生的原因分析

低頻振動(dòng)的振動(dòng)頻率較低，通常發(fā)出的噪音比較低沉，振動(dòng)較為劇烈，在加工表面留下的振動(dòng)痕跡深而寬。在低頻振動(dòng)時(shí)通常工件系統(tǒng)和刀架系統(tǒng)都在振動(dòng)，它們時(shí)遠(yuǎn)時(shí)近，產(chǎn)生大小相等，方向相反的作用和反作用力。在振動(dòng)發(fā)生時(shí)，當(dāng)工件與刀具趨遠(yuǎn)時(shí)，切削力F做功為正值，系統(tǒng)獲得能量E（+），當(dāng)工件趨近刀具時(shí)，切削力F做功為負(fù)值，系統(tǒng)消耗能量E（-），在車削過(guò)程中，由于各種因素的影響都可能引起切削力周期性的變化，并使F趨遠(yuǎn)>F趨近，E（+）>E（-），即在每一振動(dòng)周期中，切削力對(duì)工件（或刀具）所做之正功總是大于它對(duì)工件（或刀具）所做之負(fù)功，從而使工件（或刀具）獲得能量補(bǔ)充產(chǎn)生自激振動(dòng)。在車削過(guò)程中，影響切削力周期性地變化，并使F退出>F切人的情況有以下幾個(gè)因素：

（一）摩擦力的影響

有的時(shí)候切削工件與刀具在進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦力很有可能會(huì)讓加工時(shí)徑向切削分力F開(kāi)始隨切削速度不斷地增大。而且徑向切削分力Fv受到摩擦力的影響，切削與刀具前刀面能產(chǎn)生負(fù)摩擦摩擦速度增加則其下降，帶有負(fù)摩擦力的系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)切削振動(dòng)，造成噪音。

（二）二次切削中出現(xiàn)周期變化

前一件工具的切削情況會(huì)影響現(xiàn)有切削的周期變化。有的時(shí)候，后次切削的振紋和之前的并不一樣，一般存在差值φ。假設(shè)在同一個(gè)車削振動(dòng)區(qū)間，振紋曲線Yn=Ycosωt，Yn（t）在相位上滯后于前次的Y（n-1）（t）即0<φ<π的情況，那么振動(dòng)產(chǎn)生的半周期中的平均切削厚度往往會(huì)比振入的半周期中的平均切削厚度大，那么振出就比振入的負(fù)功大，當(dāng)有了能量來(lái)源振動(dòng)就會(huì)持續(xù)。Yn比Y（n-1）超前φ的情況持續(xù)出現(xiàn)便使噪音持續(xù)產(chǎn)生。

（三）刀尖運(yùn)動(dòng)軌跡很不穩(wěn)定以及切入退出的硬度不同

刀尖往往有點(diǎn)像橢圓。這種不穩(wěn)定容易讓切削與前一轉(zhuǎn)切削面難以重疊。而且橢圓軌跡的相位差會(huì)不斷的變化，這會(huì)讓切削面出現(xiàn)周期性變化，讓噪音也出現(xiàn)周期性變化。此外，刀具在切入和退出時(shí)可能遇到不同的金屬硬度，這也會(huì)引起噪音。

三、消振減噪的控制措施

通過(guò)分析可以知道車削系統(tǒng)是否出現(xiàn)切削振顫同結(jié)構(gòu)剛度和切削過(guò)程有很大的關(guān)系。為此可采取一些有效的措施和方法。

（一）在低頻振動(dòng)生噪方面的措施

可以采取加大系統(tǒng)沿Y方向的剛度及阻尼，并減低切削分力Fy和影響刀具、工件往Y方向移動(dòng)的阻礙因素。首先，通常噪音往往會(huì)在當(dāng)切削速度處于v=30m/min～70m/min的速度范圍內(nèi)產(chǎn)生，所以盡量不選擇中速區(qū)。只要保持在高低速狀態(tài)下進(jìn)行切割加工，自振動(dòng)和噪音往往就難以出現(xiàn);其次，寬而薄的切割情況經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致噪音出現(xiàn)。在機(jī)床剛度和功率合適的條件下應(yīng)該增大進(jìn)給量，避免將切割的深度過(guò)深;最后，適當(dāng)增大刀具主偏角，減少振動(dòng)和噪音的產(chǎn)生。這是基于切割深度不變，主偏角Kγ增大而切削分力Fy隨著減少的情況而采取的有效措施。

（二）針對(duì)車削系統(tǒng)的剛度問(wèn)題的降噪措施

通常情況下，車削系統(tǒng)的工件或者刀具硬度往往不會(huì)引起低頻振動(dòng)噪音，所以可采取一些措施和辦法來(lái)控制噪音。

首先，在用四爪卡盤(pán)夾緊工件時(shí)，要避免工件回轉(zhuǎn)中心和主軸回轉(zhuǎn)中心的同軸度誤差，進(jìn)而避免因?yàn)榍懈畈痪鸬闹芷谛宰兓F(xiàn)象;其次，要保持切削過(guò)程中的穩(wěn)定性，防止產(chǎn)生不必要的振動(dòng)和噪音，這個(gè)時(shí)候就可以在加工細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)用跟刀架、中心架來(lái)減噪;最后，要把握好切削及其切割力的方向。譬如，在切斷和工件反轉(zhuǎn)切削時(shí)，系統(tǒng)最大剛度方向和切割力的方向是大致趨同的，這樣能有效增強(qiáng)切削系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（三）針對(duì)高頻振動(dòng)生噪的控制措施

如果在切割過(guò)程中，振動(dòng)的頻率過(guò)大自然會(huì)產(chǎn)生一些讓人心煩的噪音。并且這種高頻振動(dòng)還會(huì)在工件上留下很明顯的痕跡。但是高頻振動(dòng)往往發(fā)生在刀具本身，整個(gè)高頻振動(dòng)下，機(jī)床一般不會(huì)發(fā)出噪音。而減低高頻率振動(dòng)產(chǎn)生噪音的措施有很多。首先，應(yīng)該適當(dāng)?shù)販p少小車刀懸伸長(zhǎng)度，并加強(qiáng)車刀及刀桿的抗彎剛度;其次，還要及時(shí)更換后刀面磨損較大的刀具;最后，在整個(gè)裝刀具的過(guò)程中，要盡量保證刀桿與工件處于一種旋轉(zhuǎn)中心垂直的狀態(tài)，確保刀桿受力平衡。當(dāng)然還有一種方法就是給機(jī)床機(jī)械安裝一個(gè)減振裝置。

四、結(jié)束語(yǔ)

在車削機(jī)械加工過(guò)程中，不同振動(dòng)情況會(huì)產(chǎn)生不同的噪音。本文分析了振動(dòng)噪音產(chǎn)生的原因，提出了針對(duì)振動(dòng)低高振動(dòng)發(fā)出的噪音而采取的措施，可有效減小車削中的振動(dòng)，增加刀具使用年限，提升車削加工效率。

參考文獻(xiàn)：

彭德蔭.車工工藝與技能訓(xùn)練[M].北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2013.