深孔加工中振动的产生原因和消除方法(2)

　　在深孔加工中，引起受迫振动的主要因素有：（1）机床电机、主轴、进给机构等机床系统的振动。（2）工件旋转不平衡。（3）切削力的交替变化。（4）切削液在钻头部位的压力分布不平衡。引起自激振动的主要因素有：（1）刀具几何因素。（2）加工过程中的切削用量。（3）工件材质不均匀和其因切削热的变形。（4）钻杆的装夹及其弹性变形。（5）刀具、导向块与工件之间的摩擦力变化。[3]

　　2 深孔加工中振动的产生原因

　　深孔加工中，钻杆振动的振幅和频率在一定范围内时，切削的厚度不均匀，有利于切屑从厚度较小的部位实现断屑，这对于深孔加工是有利的。若是振幅过大或者振动频率与钻杆和刀具固有频率相近时，将会影响刀具的正常切削，加剧刀具的磨损；对正常加工会有较大影响。深孔加工振动的产生，主要有以下原因：

　　一是摩擦力不均匀引起的振动。

　　由于刀具、导向块和工件之间摩擦力变化引起的振动。当钻头进行钻削时，被切削材料受到刀具的切削，刀刃各处产生的压力也各不相同，而导致几个刀片受到的摩擦力不同，导向块和已加工表面的摩擦力也是不对称的。这些不对称的力都作用在钻头上，会使钻具受到一个脉动变化的力的作用。这个力会和切削力一起作用而产生振动。

　　二是钻杆弹性变形引起的振动。

　　切削过程中，刀片和被切削材料接触后，刀片将受材料的阻力和摩擦力的共同作用而处于一个瞬时的停止，切削刃处的材料当受力达到材料的极限强度值时，导向块和刀片处的摩擦力也处于了最大值，这时的钻杆承受了最大的扭矩。由于钻杆比较细长（长径比大于10∶1），所以钻杆会在最大扭矩作用下发生扭转弹性变形。当在继续加力时，被切削的材料受力将突破极限强度值而被切开。在材料被切开的一瞬间，静摩擦力变成了动摩擦力，切削力也会随着切削速度的增加而减小[4]。钻杆中储存的能量快速放出，形成一个超过钻孔旋转速度的速度。这一速度将随着钻杆弹性力的释放而逐渐减小到速度为零。再开始新一周期的：静止一启动一加速一减速一静止的循环运动过程。在这种力的交替变化中，钻具发生振动。

　　这一过程可以用计算和实践来证明。一次成型钻削直径120孔，钻杆外径115，钻杆内孔65，钻杆长2000，钻削速度240 rpm，切削量0.05 mm/r，加工材料34CrNi1Mo。

　　钻孔切削扭矩（简易计算）：

　　M = Cm .Dxm.Sym.Km [4]

　　式中：M — 钻孔切削扭矩

　　Cm — 钻孔切削系数，Cm = 345

　　D — 钻孔直径， D = 120

　　xm — 钻孔直径系数， xm = 2

　　S — 进给量， S = 0.05

　　ym — 钻孔进给系数， ym = 0.8

　　Km — 修正系数，

　　Km = （σb/750）0.75 =（813/750） 0.75 = 1.06

　　∴钻孔切削扭矩

　　M = Cm .Dxm.Sym.Km =345×1202×0.050.8×1.06

　　= 479361（N.mm）

　　在这样大的扭矩下，可以产生多大的扭转角？

　　扭转角 φ=（5.84×108）M / {G（d4-d4）L} [5]

　　式中：φ — 扭转角

　　G — 材料切变模量， G = 8.1×104

　　d — 钻杆外径， d = 115

　　do — 钻杆内径，do = 65

　　L — 钻杆长度。 L = 2000

　　∴φ= （5.84×108）M / {G（d4-d4）L}

　　= （5.84×108）479361 / {8.1×104

　　（1154-654）2000}

　　= 0.096 （度）

　　钻头的扭转量 Δ= tgφ×2000 = 3.4 mm

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