王永軍,王永杰,張東雷
山西平陽重工機械有限責(zé)任公司 山西臨汾 043000
高精度弱剛性零件的加工一直是機械加工中的難題,由于此類零件剛性差、強度弱[1],在加工中會產(chǎn)生振顫,導(dǎo)致零件表面質(zhì)量差,精度無法保證,因此在加強零件剛性的同時,采取有效的減振抑顫措施也非常重要。本文介紹一種簡單、實用及可操作性強的減振抑顫方法,可提高零件加工質(zhì)量,保證加工精度。
某產(chǎn)品尾段殼體如圖1所示,材料為20低碳鋼,由殼體、尾鰭組件和導(dǎo)管前體等組成,體積大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜,存在多處架空部位,其中導(dǎo)管前體在焊接至殼體后精加工內(nèi)孔,φ358mm孔為薄壁高精度孔,壁厚最薄處為2.6mm,公差精度H6級,徑向圓跳動量要求≤0.06mm。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可以看出,需要加工的導(dǎo)管前體在4個尾鰭中間,與殼體的連接薄弱,剛性較差,屬大型弱剛性殼體加工。該零件由于剛性差、強度弱,因此在實際加工過程中,尺寸精度和表面粗糙度受到加工振顫的影響,導(dǎo)致不能滿足工藝要求而成為加工瓶頸。
圖1 尾段殼體
目前關(guān)于弱剛性零件切削加工穩(wěn)定性的研究[2]有很多,大致把切削加工過程中產(chǎn)生的振動分為自由振動、強迫振動和自激振動3種類型。自由振動是由于在切削過程中,加工系統(tǒng)受到某一偶然的沖擊擾動所引起的,但因加工系統(tǒng)本身的阻尼作用會很快消失;強迫振動是由于切削過程本身的斷續(xù)性和切屑而形成的不連續(xù)性、外部的周期性或非周期性干擾力所引起的;而自激振動又稱為顫振,為金屬切削加工過程所特有的,是指在沒有周期性外力作用下,單純由加工系統(tǒng)本身特性所激起的一種劇烈振動,自激力的頻率與工藝系統(tǒng)的固有頻率相同,隨即產(chǎn)生共振,屬于切削過程動態(tài)不穩(wěn)定的性質(zhì)。很顯然,該零件加工過程中遇到的問題屬于第3種情況,此種情況產(chǎn)生的振動來自于零件自身、機床、工裝夾具以及刀具共同作用的加工系統(tǒng)本身,防振消振十分困難,對切削加工也最為重要,盡管在加工時可通過減小進(jìn)給量、使用鋒利的刀具及采用鏜削方式等方法減小加工中的振顫[3],但由于加工位置在裝夾位置的遠(yuǎn)端,且最遠(yuǎn)的部分壁厚最薄,加工完的內(nèi)孔不僅公差無法達(dá)到圖樣要求,表面質(zhì)量在結(jié)構(gòu)振顫的影響下也非常差,刀具的壽命明顯縮短,加工效率也非常低,因此,尋求其他減振抑顫的方法是解決問題的關(guān)鍵。
機床在運行期間,機床機構(gòu)、工裝夾具、刀具和零件在一定時間后達(dá)到固有頻率,引起共振現(xiàn)象,導(dǎo)致加工振顫加大,通過改變零件的頻率可以使零件在加工中脫離共振現(xiàn)象。在實際加工中,發(fā)現(xiàn)從外部供給能量進(jìn)行主動補償可以減小零件加工中的振動,根據(jù)尾段殼體的結(jié)構(gòu)特點,導(dǎo)管前體雖壁薄但形狀規(guī)則,外形是圓柱面,通過在零件豎直中心軸位置增加配重的方法,可以使加工零件脫離加工機構(gòu)的頻率,減小加工結(jié)構(gòu)的振顫對零件精度的影響。尾段殼體材料為20低碳鋼,可以使用多個磁鐵在加工部位的豎直中心增加零件自重,通過試切調(diào)節(jié)至最佳磁鐵質(zhì)量,達(dá)到減振抑顫的效果。配重方案如圖2所示。
圖2 配重方案
為安全考慮,增加配重一定要使用吸附性好、接觸面大的強力磁鐵,防止在切削過程中磁鐵脫落造成安全事故。
采用這種阻尼配重法對產(chǎn)品進(jìn)行試切,找到最佳配重質(zhì)量,在加工過程中能夠起到最佳減振抑顫效果,減小了加工機構(gòu)的振顫對弱剛性零件的影響,加工的產(chǎn)品完全滿足圖樣要求。
通過對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的分析,利用產(chǎn)品材料的可吸附磁性,使用磁鐵吸附完成配重,創(chuàng)新使用阻尼配重法減小加工過程中加工機構(gòu)振顫對零件精度的影響,具有可調(diào)整性,操作簡單,所需材料成本低,適用于各種類型及大小的、具有可吸附磁性的材料的加工情況。
在車削加工長筒類零件時,往往需要刀桿伸出很長,加工時由于刀桿剛性不足也會引起振顫[4],導(dǎo)致尺寸精度和表面粗糙度無法滿足要求,同時也影響加工效率,用此方法在刀桿的尾端吸附磁鐵,也可以有效消除振顫,起到同樣的減振效果。
本文通過具體的加工實例,介紹了一種通過在工件的特定部位吸附磁鐵,從而達(dá)到減振抑顫效果的阻尼配重法,該方法簡單、實用,成本低,可操作性強,減振抑顫效果明顯,并且同樣適用于其他如車削長筒類零件的弱剛性加工場合,為類似弱剛性零件的加工提供了經(jīng)驗。