【關(guān)鍵詞】加工,研究,刀具,機(jī)床,振動(dòng),技術(shù),制造,發(fā)展,零件,產(chǎn)生,
　機(jī)械制造業(yè)在整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位,而其中金屬切削加工是基本而又可靠的精密加工手段,在機(jī)械、電機(jī)、電子等各種現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)部門中都起著重要的作用。工具的設(shè)計(jì)、制造和使用自古以來就很受重視,這里我們所說的工具,不僅僅指進(jìn)行機(jī)械加工的機(jī)床,我們更關(guān)心的是直接進(jìn)行切削加工的刀具。刀具是推動(dòng)金屬切削加工技術(shù)發(fā)展的一個(gè)極為活躍而又十分關(guān)鍵的因素,可以說切削加工技術(shù)發(fā)展、革新的歷史就是刀具發(fā)展的歷史。
　　一、切削加工的重要作用與刀具
　　機(jī)械制造的核心是零件的制作。制造機(jī)械零件的方法大致可分為成形制造和加工制造,成形制造包括鑄造、鍛造、焊接等工藝,一般用于毛坯的制造。近年來開發(fā)的精確成形或稱凈成形工藝,如精鑄、精鍛等也可用于半成品和成品的制造?？焖僭椭圃煊糜谀Ｐ偷闹圃?與其它技術(shù)相結(jié)合,也可用于制造金屬零件。加工制造包括切削、磨削等常規(guī)工藝,也包括激光束加工、電子束加工、電化學(xué)加工等特種工藝。在所有這些方法中,切削加工至今仍然是并且在可以預(yù)見的將來仍將是零件制作的最基本的工藝技術(shù)之一。
　　刀具性能和質(zhì)量直接影響到數(shù)百萬臺(tái)機(jī)床生產(chǎn)效率的高低和加工質(zhì)量的好壞。直接影響到整個(gè)機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益。金屬切削加工是用刀具從工件表面切除多余的金屬材料,從而獲得在幾何形狀、尺寸精度、表面粗糙度及表面質(zhì)量等方面均符合要求的零件的一種加工方法。其核心問題是刀具切削部分與工件表層的相互作用,即刀具的切削作用和工件的反切削作用。這是切削加工中的主要矛盾,而刀具的切削作用則是矛盾的主要方面。從近年來工具行業(yè)的發(fā)展看,切削刀具在生產(chǎn)活動(dòng)中的作用正越來越受到企業(yè)的重視。隨著數(shù)控加工設(shè)備與高性能加工刀具技術(shù)的發(fā)展,高速切削和超高速切削已成為當(dāng)前切削技術(shù)的重要發(fā)展趨向,這就要求刀具的可靠性高,切削性能好,能穩(wěn)定地?cái)嘈己途硇?精度高,并能快換或自動(dòng)更換等。因此,對(duì)刀具材料、刀具結(jié)構(gòu)以及刀具的裝夾都提出了更高的要求。
　　二、切削顫振產(chǎn)生與危害
　　在生產(chǎn)實(shí)踐中,一般來說機(jī)床的振動(dòng)是不希望產(chǎn)生的。這是因?yàn)檎駝?dòng)所產(chǎn)生的噪聲能刺激操作工人引起疲勞,降低工作效率.并且它又能使機(jī)床零件過早出現(xiàn)疲勞破壞,從而使零件的安全程度、可靠性和強(qiáng)度下降,機(jī)床的振動(dòng)還會(huì)導(dǎo)致被加工工件的精度降低,刀具壽命和生產(chǎn)率下降。在機(jī)床上面發(fā)生的自激振動(dòng)類型較多,例如回轉(zhuǎn)主軸(或與工件聯(lián)系、或與刀具聯(lián)系)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)或者彎曲自激振動(dòng);機(jī)床床身、立柱、橫梁等支撐件的彎曲或扭擺自激振動(dòng);切屑形成的周期性引起的顫振和整臺(tái)機(jī)床的搖晃。此外還有機(jī)床工作臺(tái)等移動(dòng)部件在低速運(yùn)行時(shí)所發(fā)生的張弛摩擦自激振動(dòng)(通稱爬行)等等。通常把金屬切削過程中表現(xiàn)在刀具與工件間強(qiáng)烈的相對(duì)振動(dòng)的這種自激振動(dòng)稱為“顫振”。切削過程中形成不連續(xù)切削的周期與工件、刀架或者機(jī)床的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的任一部分振動(dòng)的固有周期相同,是產(chǎn)生顫振的主要原因之一。
　　切削顫振由切削過程中所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)周期性力激發(fā)而引起,并能維持其振動(dòng)不衰減。機(jī)械加工中的顫振是影響機(jī)械產(chǎn)品加工質(zhì)量和機(jī)床切削效率的關(guān)鍵技術(shù)問題之一。切削顫振疊加在剝離多余金屬必須的工作運(yùn)動(dòng)如切削、進(jìn)給及切入運(yùn)動(dòng)上,并影響刀具乃至機(jī)床的使用壽命。為減小顫振所帶來的不良影響,加工中被迫臨時(shí)改變切削用量,如降低切削深度等。而這卻妨礙充分利用機(jī)床額定功率,導(dǎo)致加工工時(shí),即制造成本上升,延誤工期。顫振問題在投資龐大的現(xiàn)代化數(shù)控機(jī)床上尤為值得關(guān)注,因?yàn)檫@類機(jī)床的經(jīng)濟(jì)性建立在其時(shí)間和功效方面的高度利用上。長(zhǎng)期以來,機(jī)械制造業(yè)中的噪聲污染相當(dāng)突出,大大超過國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。刺耳的噪聲是工件—刀具系統(tǒng)強(qiáng)烈切削顫振的結(jié)果,它降低了產(chǎn)品的表面質(zhì)量,降低了生產(chǎn)效率和刀具、設(shè)備壽命,增加了材料和能源消耗。同時(shí)會(huì)誘發(fā)長(zhǎng)期在這種環(huán)境下工作的人們的心血管等系統(tǒng)疾病,嚴(yán)重危害人們的身心健康。
　　三、 切削顫振理論與減小切削顫振的措施
　　1、再生顫振理論
　　目前,對(duì)切削顫振形成的物理原因,主要依據(jù)三種理論進(jìn)行解釋:再生顫振是由于上一次切削所形成的振紋與本次切削的振動(dòng)位移之間的相位差異導(dǎo)致刀具切削厚度的不同而引起的顫振。
　　2、振型耦合理論
　　在某些完全不存在再生顫振條件的切削狀態(tài)下,如在切削螺紋時(shí),后一轉(zhuǎn)的切削表面與前一轉(zhuǎn)的切削表面完全沒有重疊,但也經(jīng)常發(fā)生顫振。由于這時(shí)刀尖與工作面的相對(duì)軌跡是一個(gè)近似橢圓,顫振同時(shí)產(chǎn)生在兩個(gè)方向。人們由此得出結(jié)論:當(dāng)振動(dòng)系統(tǒng)在兩個(gè)方向上的剛度相接近時(shí),兩個(gè)固有振型相耦合,因而引起顫振,進(jìn)而提出在設(shè)計(jì)機(jī)床時(shí)應(yīng)考慮如何配備機(jī)床各部件在不同方向的剛度。
　　研究切削顫振現(xiàn)象及其控制理論的意義在于:可使人們更加深入地認(rèn)識(shí)切削顫振的物理本質(zhì),從而發(fā)展控制理論及相關(guān)技術(shù),促進(jìn)機(jī)械工程的發(fā)展。其實(shí)踐意義則在于:采用切削顫振的控制技術(shù)及手段,可大大減輕甚至消除切削顫振及其所帶來的各種不良影響,極大地改善人們的工作環(huán)境,提高工作效率,減少切削能源的消耗,提高刀具和設(shè)備的使用壽命,并將產(chǎn)生直接或間接的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
　　眾所周知,將主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、切削寬度以及刀具角度等切削參數(shù)適當(dāng)調(diào)整,即可抑制顫振的發(fā)生。其中最為突出的是改變主軸轉(zhuǎn)速的變速切削,對(duì)顫振的抑制效果顯著。因?yàn)闄C(jī)床整體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,控制顫振的理想手段應(yīng)該 可以從其局部部件著手,包括對(duì)機(jī)床床身、立柱等基礎(chǔ)部件的改進(jìn),以提高機(jī)床的抗振性能;也可以對(duì)機(jī)床的刀具結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的改進(jìn)。新型切斷刀的設(shè)計(jì)思想是建立在增大阻尼的基礎(chǔ)之上,利用顫振理論結(jié)合刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),解決切削加工中的顫振問題。
　　參考文獻(xiàn):
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