镗床浅谈及镗削加工过程中预防和消除振动的方法

镗床浅谈及镗削加工过程中预防和消除振动    的 摘要 镗床是一种主要用镗刀在工件上加工孔的机床。通常用于加工较大，精度要求较高的孔，特别是分布在不同面上，孔距和位置精度要求较高的孔，还可以进行铣削，钻孔，扩孔，铰孔等工作，在机械加工工艺中应用非常广泛。本文从镗床的基本知识、镗刀的种类及特性，以及加工过程中预防和消除振动的方法与措施等方面入手来简要阐述一下镗床的基础知识和加工特性。 关键词 镗床   镗刀  分类  工艺特点  振动  强迫振动  自激振动  预防  消除 一、镗床概述 （一）、镗床的基本特性 镗床是一种主要用镗刀在工件上加工孔的机床。通常用于加工尺寸较大，精度要求较高的孔，特别是分布在不同表面上，孔距和位置精度要求较高的孔。如箱体上的孔，还可以进行铣削，钻孔，扩孔，铰孔等工作。 镗床的镗削特点为：刀具结构简单,通用性达,可粗加工也可半精加工和精加工,适用批量较小的加工，镗孔质量取决于机床精度。 镗床的运动分析为：主运动为镗刀的旋转运动，进给运动为镗刀或工件的移动 。 （二）、镗床的主要类别 镗床可以分为以下三类： 1、卧式镗床： 卧式镗床既要完成粗加工（如粗镗、粗铣、钻孔等），又要进行精加工（如精镗孔）。因此对镗床的主轴部件的精度、刚度有较高的要求. 卧式镗床的主参数是镗轴直径 。 卧式镗床 主轴箱；前立柱；主轴；平旋盘；工作台；上滑座；下滑座； 床身导轨；后支承套；后立柱 2、坐标镗床 一种高精度的机床。其主要特点是具有坐标位置的精密测量装置；有良好的刚性和抗振性 。它主要用来镗削精密孔（IT5级或更高），例如钻模、镗模上的精密孔。工艺范围：可以镗孔、钻孔、扩孔、铰孔以及精铣平面和沟槽，还可以进行精密刻线和划线以及进行孔距和直线尺寸的精密测量工作 。 坐标镗床的主要技术参数是工作台的宽度。 图  卧式坐标镗床 1--下滑座；2—上滑座；3—工作台； 4—立柱；5—主轴箱；6—床身底座 3、金刚镗床 一种高速精密镗床。主要特点是主运动vc很高，ap和f很小，加工精度可达IT5—IT6，Ra达0.63--0.08μm。金刚镗床的主轴短而粗，刚度较高，传动平稳，能加工出低表面粗糙度和高精度孔。 单面卧式金刚镗床 （三）、镗床使用刀具——镗刀概述 镗削使用的刀具——镗刀。一般镗孔精度可达IT7~IT9，精镗可达到IT6，粗糙度为Ra0.8-1.6μm。除浮动镗削外，镗孔能纠正孔的直线度误差，获得高的位置精度，特别适合于箱体、支架、杠杆等零件上的单个孔或孔系的加工。 1、镗刀的主要分类 （1）、单刃镗刀概述 ①、单刃镗刀分类： A、整体式镗刀 整体高速钢镗刀 B、焊接式镗刀 C、机夹式镗刀 机夹式盲孔镗刀              机夹式通孔镗刀 D、可转位式镗刀 ②、单刃镗刀工艺特点 A、结构简单，有较大的灵活性和较强的适应性。 B、可以校正底孔轴线的偏斜和位置误差。 C、镗杆刚性差，切削用量小，生产效率低。 （2）、双刃镗刀        ①、双刃镗刀分类 A、固定式双刃镗刀 镗刀块两个切削刃切削时背向力互相抵消，不易引起振动。镗刀块的刚性好，容屑空间大，切削效率高。 固定式镗刀用于粗镗、半精镗 d>40mm的孔，对孔粗加工、半精加工、锪沉孔或端面等。 B、浮动式双刃镗刀 能自动补偿由刀具安装、机床主轴偏差等造成的加工误差，能获得较高的加工精度，但无法纠正孔的直线度误差和位置误差。 适用于单件、小批生产加工直径较大的孔，特别适用于精镗直径大（d>200mm以上）而深的筒件和管件孔。 ②、浮动镗刀工艺特点 A、镗刀片径向浮动，加工精度高。 B、镗刀片有修光刃，表面加工质量高。 C、镗刀片两切削刃同时工作，生产效率高。 二、镗削加工过程中预防和消除振动的方法 （一）、振动的概述 镗削是一种用刀具扩大孔或其它圆形轮廓的内径车削工艺，镗削机理与车削一样，不过它是内孔加工，切削量和切削速度均不大，其应用范围一般从半粗加工到精加工。所用刀具通常为单刃镗刀（称为镗杆）。镗孔是镗削典型的一种。 在镗削工艺系统中，镗床、工件和刀具称为弹性构件，这些弹性构件在镗削加工中发生周期性的颤动现象叫做振动。加工中振动对加工质量影响极大，会产生一系列的不利因素。 （二）、振动对镗削加工将产生五方面影响 1、振动降低镗削加工表面的质量 2、振动降低刀具的使用寿命 3、振动影响和降低了镗床的生产效率 4、振动使机床的原始精度下降甚至丧失，影响镗削的加工精度 5、振动时，产生周期性的噪声，影响周围环境，容易使人疲劳，影响健康。 （三）、镗削振动产生的主要原因 综合以上影响，必须找出产生以上振动的原因，才能提高产品质量与加工效率。镗削振动主要有强迫振动和自激振动两种。 1、产生强迫振动的主要原因 （1）、切削力的变化。在进行断续镗削时，刀头切入或切出时引起的切削力不均，或因工件材质不均使刀杆在镗削时，切削力发生周期的变化而发生强迫振动。 （2）、镗床的传动零件，刀具系统等不平衡引起的振动。 （3）、镗床周围有其它振动源，振动源通过地基传到镗床上而发生振动 （4）、镗床的传动元件有缺陷 也会引起周期性的激振力而引起振动。 2、产生自激振动的主要原因 （1）、前道工序或粗镗时内孔表面留有振动波纹在后一次镗削中切削面积发生变化，从而引起切削力的变化，导致了自激振动的诱发。 （2）、镗削工件的材质差异或瞬间切削发生的加工硬化，也容易引起切削力的周期变化，产生自激振动。 （3）、镗削塑性材料时。镗削用量选择不当，刀具上的积屑瘤不断形成扩大、破裂、脱落、在形成，反复循环，切削力也反复发生变化，最后引起自激振动。 （4）、排屑时，切屑与前刀面，镗刀与工件之间摩擦力变化引起了自激振动。 （四）、防止和消除振动的方法和措施 了解了产生振动的原因，就能找出防止和消除振动的措施方法。 镗削过程中所发生的振动时极为复杂的，引起的原因也很多，因此，根据具体情况分析判断针对发生的原因和性质，并切实采取措施，提出防止和消除振动的有效方法。具体分析、预防及措施如下： 1、机床方面 （1）、提高机床刚性，按标准调整镗床各移动部件和各轴承间隙，使镗床刚度提高。 （2）、对提出高速回转的零件应做净动平衡，消除因质量不均引起的附加离心力。 （3）、提高镗床的抗震性。增设抗震沟，消除周围振动源。 2、工件方面 （1）、提高附具和刀具的刚度，提高他们的结构刚度、安装与夹紧刚度。 （2）、选择设计镗刀时，尽可能缩短刀头在刀杆上的外伸长度，夹紧刀头的螺钉要有足够的夹紧刚度。 （3）、在镗床主轴上安装附具及刀具时，应尽量少用过渡套筒，同时确保刀杆锥柄、过渡套筒与主轴锥孔配合紧密，以提高刀具强度。 （4）、当镗刀杆单臂悬伸量较大时，如工件允许时，镗杆采用向主轴箱方向送进的镗削方式，使镗杆处于受拉伸状态，特别是镗杆直径较小时，更能使振动明显下降。 （5）、铣削时受工件结构的限制，主轴必须悬伸很长时，为避免铣削时产生振动，宜采用外伸辅助支架，以增强高度。 （6）、工件在水平面内定位的支承铁，定位支撑板及其它定位附件，在满足工件定位可靠的前提下，力求定位点的数量最少，夹紧时所选择的夹紧点，应距工件承受最大切削力的位置越近越好。 （7）、工件夹紧时，应使夹紧力的作用点落在定位支承内，夹紧点选择在工件上刚性好且夹紧变形小的部位。 （8）、夹紧工件时，用夹紧螺母下的垫圈越少越好，以减少解除性变形。 3、刀具方面 对自激振动影响最大几何角度的是主偏角和前角，减少主偏角，会使切削截面的宽度增加，厚度减少，振动宽度随之增大。在一定的切削速度范围之内前角对振动的影响是，前角减少会使振动增强，镗刀的后角大小对振动和加工精度的影响，当粗镗或半精镗时，减少后角可降低振动强度，精镗时，增大后角可减少切削表面与刀具后面的摩擦，可降低由摩擦力所激起的自激振动。刀尖圆弧半径增大，会使振动增强，由于刀尖圆弧的增大，不但增加了切入金属的阻力，而且还增加了刀尖对已加工表面的摩擦力和挤压力，容易产生自激振动。    综上所述，考虑刀具对振动的影响，选择几何角度时，要做到： （1）、镗削工艺系统较弱时，应采用较大的主偏角，其值一般在60-90度之间。 （2）、通常应尽量避免采用负前角和刀尖圆弧半径较大的镗刀 （3）、当精镗或高速切削时一般适当的加大后角 （4）、若采用高速钢镗刀，其镗刀的后面可磨出一个月牙坑式的消振刃，以减少振动。 （5）、及时刃磨刀具，尽量的提高刀具工作表面的光整程度，用油石进行光整，不使用磨钝的镗刀进行加工。 除了弹性构件的影响，还要增大镗削工艺系统的刚度是防止振动的有效方法，从理论讲，绝对刚性系统是不会发生振动的，所以增大工艺系统的刚度，就是增加系统内的固有频率，减少振动的振幅，只有这样，才能有效的降低振动强度，把振动控制在允许的最低限度。实际加工中，采用相同的切削用量，用长刀杆镗孔时，可能发生很大的振动，而用刚性好的短镗杆加工同样的孔，则完全可能不发生振动，这说明了强迫振动于镗削工艺系统有着密切的关系，工艺系统刚性大，振动便小，甚至不发生振动，工艺刚度小，可能会发生相当强烈的振动。 在镗削加工中，及时发现机床存在的不足，进行调整增加其自身刚性，工件方面正确装夹及夹紧，保证刚度。选择合适的刀具角度进行镗削加工，同时在增加镗削工艺系统的刚度，只要做好这些工作，就消除了加工中的振动，才能有效地提高产品质量，进而也提高了生产效率。 参考文献 [1] 上海市机械工程学会 编 简明使用机械手册 机械工业出版社 1987 [2] 机械制造工艺基础[M].北京:中国劳动保障出版社,2000.11