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

1 序言

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。

2 問題分析

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。

3 解決措施

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。

4 實施效果

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。

5 結(jié)束語

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。