铣削振动的分析和解决方案
还可以通过拆除现有刀盘上的刀片数目来实现 疏齿铣削,但是要注意不能只摘除其中的某一 两个刀片,这样的结果会使其相隔刀片因每齿 走刀量翻倍而造成刃口崩碎。正确的拆除办法 是拆掉一半的刀片,所以在购买面铣刀时尽量 避免奇数齿刀盘。
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4、减振方法
提高刀具的动态刚性—被动阻尼避振刀杆
我们可以看出,加工中心的镗削 和铣削系统要比内孔车削受力复 杂的多,单靠搜索结点的安全性 ,降低切削力或者单纯提高刀体 的静态刚性很难解决振动问题, 而且上面两种办法都会降低生产 效率,牺牲刀片刃口的安全性, 如果生产任务要求我们高效安全 地进行更深的孔或腔体的加工, 而且重复生产的操作性要强, 解 决这一瓶颈的办法就是采用阻尼 避振刀杆。
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3、提高刀具系统的刚性——
选用好的刀具接口
加工中心的传统7:24刀柄系统在长悬臂 刀具加工时的抗振性能不如HSK和BigPlus刀柄。 加工中心的回转刀具(Rotating Tools)分 为整体式刀柄和模块式组合刀柄两种 ,模块式刀柄不一定比整体式刀柄的 刚性差,只要刀柄的模块化接口是先 进的短锥大端面双定位面系统,山特 维克可乐满的Capto刀柄模块系统是其 中的代表,它的+/2um的重复定位精度 和完美的抗弯与抗扭特性使刀柄系统 刚性得以保持,因为良好的组合性, 倒锥型刀柄最大限度的提高了铣镗刀 具的抗弯性能,并且为可乐满的多家 竞争对手选为自己的刀具接口。
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提高刀杆的静态刚性(StaticToughness)
有时候因为加工的孔形状特殊,需要设计特殊断面的刀 杆来保证刀杆在切削力方向刚性最强。
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使用整体硬质合金或重金属刀杆 提高刀杆的静态刚性(StaticToughness)
很多刀具厂商都制作整体硬质合金刀杆或重金属刀杆,因为这些材料的抗压强度大, 合金钢的抗压强度(compressive strength)为210Gpa,而整体硬质合金的抗压强度为 900Gpa,是钢刀杆强度的2.5倍。重金属是一种高比重的合成材料,淬火之前很软容 易切削成型,成型后可以淬硬,但是它的减振效果不如整体硬质合金刀杆。
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4、减振方法
面铣刀采用疏齿不等距铣刀来减小铣削振动。
“齿”指刀片。同样直径的面铣刀比如100毫 米,那么5个刀片的刀盘肯定比10个刀片的铣 刀产生的铣削力小50%。其实5个刀片的100毫 米刀盘相对于10个刀片的刀盘既为疏齿刀盘, 如果刀片之间的间隔是不等的即为疏齿不等距 铣刀,这种面铣刀不仅切削力小而且是没有固 定频率去刺激工艺系统发生共振。
切削振动的原因
刀具在切削工件时发生振动需要有下面三个条件同时存在:
1、包括刀具在内的工艺系统刚性不足,导致其固有频率低; 2、切削产生了一个足够大的外激力; 3、这个外激力的频率与工艺系统的固有频率相同,随即产生共振。
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机夹刀片车镗刀与铣刀的切削振动条件
机加工描述 产生振动的极限条件
外圆车削
被定义为细长轴的零件外圆车削,通常由尾部顶尖支撑但是没 有跟刀架
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4、减振方法
提高刀具的动态刚性—什么时候用阻尼避振刀杆?
刀杆描述和加工部位 合金钢刀杆车削内孔 硬质合金刀杆车削内 孔 标准Teness阻尼避振 刀杆车削内孔 特殊Teness阻尼避振 刀杆车削内孔 主要减振策略 降低与抑制切削 力,增强刀具和 工件的静态刚性 降低与抑制切削 力,增强刀具和 工件的静态刚性 增强刀具的动态 刚性 为专门加工设计 的增强刀具的动 态刚性系统同时 增强刀具的静态 刚性 长径比 4:1 5~6:1 12:1 15~16: 1
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2、如何应对系统刚性差——
铣削力的方向与工件的夹持力方向一致。
合理安排走刀的工艺路线对于铣削加 工非常重要。
铣削有顺铣和逆铣之分,传统的铣削 理论将逆铣有利于减少铣削振动,其 实是指有利于抑制丝杠的间隙产生的 振动。如今的铣削设备大都安装了滚 珠甚至滚柱丝杠,所以逆铣消振的意 义不大。 无论是顺铣还是逆铣只要铣削力的方 向与工件的夹持方向一致就有利于消 除弯板类零件的振动。
通用的 HRC40 以上的合金钢刀杆,刀杆夹持悬深与刀杆直径 比大于 4; 内孔车、镗削 同时刀杆夹紧采用螺拴侧压,定位采用 V 型铁或孔柱间隙配 合; 刀尖偏离孔中心线 0.1mm 以上。
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机夹刀片车镗刀与铣刀的切削振动条件
机加工描述 产生振动的极限条件
通用的 HRC40 以上的合金钢刀杆,刀杆夹持悬深与刀杆直径 比大于 3; 刀杆夹紧采用螺拴侧压,定位采用 V 型铁或孔柱间隙配合。
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振动不严重时,用调整切削参数的方法。
调整切削参数只对切削振动不严重的刀具可能有效。 一般的调整方法如下:
降低刀具或者工件的回转速度;
减小切深并提高铣刀的走刀量; 内螺纹的车削产生振动,可将完成螺纹车削的进刀步骤减少1至2刀。
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从四个方面考虑减振:
1. 降低切削力; 2. 应对系统刚性差; 3. 提高刀具系统的刚性; 4. 刀具减振。
铣削
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切削振动的三个分类
声音 加工表面质量 产生条件
小直径细长刀杆或者薄壁工件 进行高转速切削 中等直径铣刀杆中低转速,刀 杆长径比超过 5,刀杆振动
高频啸叫 类似起皱的丝绸 类似哨音 中频振动 类似汽车 类似鱼鳞 笛声
大型结构工件产生自振,如大 的壳体.若是刀杆同时振动,可 低频振动 类似鱼鳞但是之间的波 能是刀头过重而且刀杆连接部 类似蛙鸣 纹很大又平缓 位配合不好,同时刀杆总长超 长,转速通常在 100 转以下
pos.
neg..
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1、降低切削力——
切深一定时,使用小的刀尖圆弧半径。
比如刀片的刀尖角为0.8mm不变时,随着刀片切 深的增加,细长的镗刀或铣刀杆振动倾向在切 深ap和刀尖圆弧半径(r=0.8mm)相等时最大, 当切深ap大于刀尖半径r后,刀杆的振动反而被 抑制;
图中的R代表镗杆的弹变,可以看出当切深ap 与等于刀尖圆弧半径时弹变最大,而且随着切 深增加弹变不会再增加,因为径向切削力FCN 在ap=r时最大,ap再增加只会增加轴向抗力,而 轴向抗力不是细长刀杆产生振动弹变的原因, 反过来还会使刀杆保持稳定。
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3、提高刀具系统的刚性——
提高刀杆的静态刚性。
最为简单明了的做法是加大刀杆的直径,将外伸刀杆的悬伸做到最短 如果镗刀的刀尖产生160公斤的切削力,直径32毫米的镗刀杆悬伸320毫米时产生的刀杆 前端弹变为1.6毫米,是同样这根刀杆悬伸128毫米时产生弹变的16倍! 如果镗刀的刀尖产生160公斤的切削力,直径32毫米的镗刀杆悬伸320毫米时产生的刀杆 前端弹变为1.6毫米,若把直径增粗到40毫米则端部弹变减小到0.64毫米!
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1、降低切削力——
使用锋利的刀片。
非涂层刀片通常比涂层刀片要锋利 即便是涂层刀片,物理涂层(PVD )也比化学涂层(CVD或MTCVD) 的刃口更锋利 判断刃口的锋利度可以从它在指甲 盖上是否划出成形的屑来判断
刃口的钝化半径通 常在35u到75u之间
பைடு நூலகம்
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1、降低切削力——
使用正前角和大后角的刀片配以轻快的断屑槽。
这样的刀片在镗削或铣削中的切削楔入角最小,切削当然 轻快。在车削与镗削中,7度和11度后角是最常见的刀片 ,刀片为螺钉夹持的最多;在20mm以下的孔镗削中,即 便不存在振动问题,也通常选择11度后角的刀片,例如山 特维克可乐满的TPMT,DPMT,VCEX的刀片(V型刀片后角 为7度或11度)。后角以7或11度后角刀片为主要推荐,因 为它们是ISO标准刀片,不同厂家的刀片可以互换; 车刀片适用于镗削加工,现代机夹车刀片按照粗精加工分 为不同的断屑槽槽型,比如像可乐满刀片槽型 PF,KM,MF,KR等,其中的第二位表示刀片适合的加工,F 表示Finishing为精加工,这是适合做减振镗削的刀片,当 然刀片应该配以刃口耐冲击的材质才可以,比如PF4225,PF-4035,WK-4225等等。
2、如何应对系统刚性差——
细长杆立铣刀铣削深型腔时,采用插铣。
插铣就是刀具象钻头一样轴向进刀。 当铣削深的型腔时,通常长杆的悬伸 大于3倍的刀杆直径,我们推荐使用轴 向进刀的插铣方法。立铣刀刀片刃口 有一定的径向切削刃,刀具供应商能 提供此刀具在插铣时的最大吃刀宽度 。
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2、如何应对系统刚性差——
薄壁工件的铣削用90度主偏角的刀具。
薄壁工件铣削发生振动的原因完全来自于工件,这种工件一般是箱式或者碗式零件 。 改善工件夹持。如:增加合适的辅助支撑点,在夹具和机床工作台面之间加装一层 木板,用粗大的橡皮条或者弹簧勒在壳体的外面,在箱体内部充满湿沙子等等,奇 思妙想不一而足。 在铣削薄腹板时,推荐使用90度面铣刀以减小对腹板的轴向切削力。 90的主偏角铣 刀比如CoroMill390刀体,配以轻快的切削刃口刀片和正前角槽型的刀片,切削力最 为轻快。
内螺纹车削
通用的 HRC40 以上的合金钢刀杆,刀杆夹持悬深与刀杆直径 内孔槽的车削 比大于 2; 或镗削 刀杆夹紧采用螺拴侧压,定位采用 V 型铁或孔柱间隙配合。 通用的 HRC40 以上的合金钢刀杆,刀杆从主轴端部向外悬深 与刀杆直径比大于 3 到 4; 模块化刀杆的模块接口磨损影响定位或者接口类型不适合铣削 加工; 刀杆的模块化接口之间拉紧力不够。
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3、提高刀具系统的刚性——
改善刀杆的夹持方法。
第一种方法先镗出与刀杆为过渡配合的孔,若 是刀杆直径较大,比如80毫米,则将孔一侧铣开 。侧面的夹紧螺钉中要有两个顶丝,利于大径 较重的刀杆装配,其余的为刀杆夹紧螺栓。小 直径镗杆则选用Easy-Fix夹套夹持。 第二种和第三种方法刀杆与定位面只能产生线 接触,在刀具振动时相对晃动,另外螺钉与刀 杆接触部位压力与压强太大,重金属或者硬质 合金刀杆在振动时易在这些点发生断裂。