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切削顫振

2012 年 03 月 19 日 by Willy Chen

切削顫振,切削刀具

在銑削加工中,顫振是一種由刀具振動引起的加工不穩定現象,它會在工件表面留下顫振刀痕,而當刀具再次經過這些刀痕時,就會引起更大的振動, 在工件表面產生更深的刀痕,造成工件表面的波浪形和較大的粗糙度,並且加速刀具的磨耗 。如此惡性循環,終極會導致刀具或工件損壞

切削顫振

機械振動:

自由振動

物體在外力撤銷後暗自身固頻率進行振動,由於阻尼的存在振幅逐漸減小而停止。

強制振動

有外力的作用且振動頻率跟激勵頻率一致。這是在斷續切削而導致的強制振動或者是因轉動零 件有瑕玼而造成的振動,一般常見常見的如軸承的損壞而造成的異音或齒輪嚙合不佳以及工件夾持不佳、主軸擺 幅過大 等現象皆屬此類。這類問題中,斷續車削屬於加工技術問題,而零件瑕玼即大部份來自於工具機的裝配 技術及其關鍵零組件的品質控制,而且也與機台結構設計理念 有關。其特徵為振動的特性與轉數的大小有直接 的關聯。

自激振動

這是因為切削加工時具有週期性的工作凹凸不平特性造成週期相位的少許錯 開而又反覆重疊的再生效果所產生的影響一般又可稱之為“共振” (Resonance),其主因來自於工具機結構的自 然頻率受到激發或者是工件夾持系統的自頻率過低而受到激發所引起。由於結構的自然頻率只隨夾持或固定 方 式的改變而改變,因此振刀發生時,改變切削條件(如改變轉速)往往以改善切削振動,然 而在某些無法改變切削速度的場合(如攻牙或某些材質的切削),往往只有借助於夾持方式 的變更,甚至於改變刀具刀具固定方 式才能解決這類問題。

抑制振刀的對策:

將主軸轉速、進給量、切削寬度以及刀具角度等切削參數適當調整,即可抑制顫振的發生。其中 最為突出的是改變主軸轉速的變速切削,對顫振的抑制效果顯著。因為機床整體結構的復雜性,控制顫振的理想 手段應該 可以從其局部部件著手,包括對機床床身、立柱等基礎部件的改進,以提高機床的抗振性能,也可以對 機床的刀具結構進行必要的改進。

依據研究所得的振刀原理,目前應用於加工現場中有一些比較具體而實用的方法:

  1. 儘量選擇切削阻抗較小的一切條件,亦即最適當的刀具進給速率與切削速度(或主軸轉速)。
  2. 調整切削速度以避開共振。
  3. 減輕造成振動的部份的工作重量,慣性越小越好。
  4. 針對振動最大的地方予以固定或夾持,如中心架、工作保持器等。
  5. 提高加工系統的剛性,例如使用彈性係數較高的刀柄或使用加入動態減振器(Dynamic Damper)的特抗震力,以吸收衝擊能量。
  6. 從刀片與工作旋轉方向下功夫。
  7. 改變刀具的外型與進角。
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