减少内孔切削时刀具振动的解决途径和方法

在零件内孔车削特别精车过程中，加工刀具的振动最终会影响到零件的尺寸精度和外表质量，同时也会影响刃具及根底主轴的寿命，因而我们在加工中尽可能地防止振刀现象的发作。

传统的机械加工处理刀具振动的最终结果通常是降低制造效率。随着现代金属切削加工技术的不时开展，特别是现代数控刀具构造的迭代更新，为有效处理内孔切削振动问题提供了新途径和新办法。

本文从工程理论角度阐述了典型的减少内孔切削振动的处理办法。

01

采用重金属/硬质合金刀体减轻振动

阻尼避振刀具技术呈现之前，机加工业内普遍采用改动刀体的资料抵达减轻刀具振动的目的。

即把采用普通合金钢制造的刀体改为采用重金属制造，或者整体采用硬质合金制造的刀体，如图1所示。刀体装夹悬伸长度与刀体直径之间产生避振效果的长径比可达4~6。

但许多工程理论经历标明，在相同长径比的情形下，采用重金属刀体的内孔车削消振效果不如整体硬质合金刀体。表1所示为各种材质的刀体装夹悬伸长度与刀体直径长径比。

用采用重金属和整体硬质合金制造的刀体，重量增加了许多，价钱也贵，总体来看应用并不普遍。

02

应用阻尼技术避振刀体减轻振动

通常状况内孔切削车刀受力是一个较为复杂过程，假如仅仅依托进步刀体的弹性模量难以从基本处理刀具振动问题，同时会降低制造效率以及刀具刃口的平安性。批量消费中，假使对深孔停止平安有效地加工，则必需采用阻尼避振刀体。

钢刀体和硬质合金刀体都能够选用带有减振器的构造，以增大刀体可用的长径比。

SilentTools的设计包括：一块浸入特种油状液体中由起弹簧作用的橡胶轴衬悬挂的重金属块。特种油状液体将吸收切削过程产生的振动能量，且经过能量转化将振动能量转换为热量。

借助于内孔车刀体上的螺钉来调整重金属块的惯量，优化振动频率，调理橡胶轴衬悬架的张力，使减振效果到达最佳状态。内孔车刀体还设有内冷却通道，优化排屑效果。

图3所示的肯纳金属车刀体则在设计时组合了几种比拟理想的特征：包括高刚性的硬质合金刀体；质量为硬质合金一半的钢衬套位于内孔车刀体前端，以产生更高的固有频率（与硬质合金刀柄热配合）；内孔车刀体前端的槽能够减轻重量、进步固有频率; 减振器组合体衰减振动等。

03

选择适宜切削条件减轻振动

3.1

采用90°主偏角有利于减少径向力，从而减轻振动

内孔车削刀具的主偏角影响径向力、轴向力以及合成力的方向和大小。主偏角增大招致轴向切削力增大，而主偏角减小则招致径向切削力增大。

由于轴向切削力朝着机床主轴方向普通状况不会对加工产生负面影响，因而，选择较大的主偏角是有利的。

90°主偏角常常内孔车削的首选，经过镗体轴直接传回进给力，使变形和振刀最小化。45°或者75°主偏角内孔车刀径向力常常会使刀体发作变形，从而招致振刀，见图4。

3.2

在径向切削深度一定状况下，减少刀尖圆弧

半径可减轻振动

在内孔车削工序中，应首选小刀尖半径。刀尖半径增大，径向和切向切削力也会随之增大，并且，还会带来增强振动趋向的隐患。另一方面，刀具在径向上的偏斜会遭到切削深度与刀尖半径之间相对关系影响，见图5。

当切削深度小于刀尖半径时，径向切削力随着切削深度的加深而不时增加。切削深度等于或大于刀尖半径，径向偏斜将由主偏角决议。选择刀尖半径的经历规律是刀尖半径应稍小于切削深度。

这样，能够使径向切削力最小。同时，在确保径向切削刀最小的状况下，运用最大刀尖半径可取得更巩固的切削刃、更好的外表纹理以及切削刃上更平均的压力散布。

3.3

在坚持刀具一定耐用度状况下，刀尖角越小越好

较小的刀尖角度会确保切屑的外形分歧，并增加容屑空间，确保更好的排屑性能。较小的刀尖角，副主偏角较大，副切削刃与被加工面的颤抖很难转化为振动。较大的刀尖角度招致切削刃啮合量过大，从而招致振动，见图6。

3.4

运用正前角刀片槽型

刀片槽型对切削过程有着决议性的影响，内孔加工普通选用切削尖利，刃口强度高的正前角槽型刀片，以减小内孔车削时的切削力。

图7上图是用于内孔车削和镗削的刀片。刀片的断屑槽是磨削构成的贯穿槽， 常规的车刀片断屑槽普通是经过压制烧结的封锁槽。磨削的槽比烧结的槽刃口尖利一些，也是降低切削力的一个办法。

采用正前角，具有平稳切削性能槽型的刀片，从而降低切削力，见图8。PVD刀片为首选，较薄的涂层能够确保较小的刃口处置。

3.5

车刀刃口处置的选用

刀片的切削刃倒圆（ER）也会影响切削力。普通而言，非涂层刀片的切削刃倒圆比涂层刀片（GC）的倒圆要小，这一点应予以思索，特别是在长刀具悬伸和加工小孔时。刀片的后刀面磨损（VB）将改动刀具相对孔壁的后角，并且，这还可能会成为影响加工过程切削作用的本源。

04

改善刀体的夹持方式从而减轻振动

刀具的夹持稳定性和工件的稳定性，在内孔加工中也十分重要，它决议了加工时振动的量级，并决议这种振动能否会加大。刀体的夹紧单元满足所引荐的长度、外表粗糙度和硬度是十分重要的。

刀体的夹紧是关键的稳定要素，在实践加工中，刀领会呈现偏斜，刀体的偏斜取决于刀体资料、直径、悬伸、径向、切向切削力，以及刀体夹紧方式。

关于普通刀体而言，夹紧系统将刀体在圆周上完整夹紧的方式可取得最高的稳定性。整体支撑要好于螺钉直接夹紧的刀体，用螺钉将刀体夹紧在V型块上较为合适，但不引荐用螺钉直接夹紧圆柱柄刀体，由于螺钉直接作用在刀体上会损坏刀体。

图9是两种内孔车刀的装夹方式。前者是用螺钉直接压住压力面，后者是经过启齿夹套夹紧刀体。螺钉压紧的方式刀体和孔的接触面积比拟小，刀体的稳定性较差，比拟容易呈现振动；启齿夹套的方式则是整个夹套紧紧地箍住刀体，刚性大大增强，抗振性能就好了许多。

关于进步内孔车刀体抗振性能，笔者引荐如下经历，可供读者参考：

（1）为了确保内孔车刀体充沛地夹紧接触面积，请求刀座夹持孔外表粗糙度值约为 Ra1.0；

（2）引荐的夹紧长度为4d。倡议对直径超越200mm的内孔车刀体，由于质量很大，夹紧长度为6d;

（3）运用大直径内孔车刀体时，可采用两段式刀座;

（4） 引荐运用启齿衬套来夹持的圆柄内孔车刀体。衬套夹持孔极限偏向为H7，资料最小硬度为45HRC （避免永世性变形）。

05

采用内冷方式减轻振动

内孔车削加工中，排屑关于加工效果和平安性能的影响也十分重要，特别是在加工深孔和盲孔时尤为如此。较短的螺旋屑是内孔车削较理想的切屑，该类型切屑比拟容易被排出，并且在切屑折断时不会对切削刃形成大的压力。

加工时切屑过短，断屑作用过于激烈，会耗费更高的机床功率，并且会有加大振动的趋向。

而切屑过长会使排屑更艰难，向心力将切屑压向孔壁，残留的切屑被挤压到已加工工件外表，就会呈现切屑梗塞的风险进而损坏刀具。

因而，停止内孔车削时，引荐运用带内冷的刀具。这样，切削液将会有效地把切屑排出孔外。

加工通孔时，也可用紧缩空气替代切削液，经过主轴吹出切屑。另外，选择适宜的刀片槽型和切削参数，也有助于切屑的控制和排出。

06

完毕语

高效率深孔车削加工是一个请求十分棘手的课题，现代金属切削技术为处理内孔车削振动提供了多种途径和办法。

但在很多场所下，要综合思索众多的切削条件，合理选择最适合的刀具构造，并分离机床本身条件和工件的加工工艺作出正确断定。