摘要：為保證在內(nèi)孔車削過程中零件的尺寸精度和表面質(zhì)量，有效解決內(nèi)孔切削振動(dòng)問題，在分析內(nèi)孔切削時(shí)刀具振動(dòng)原因的基礎(chǔ)上，提出采用重金屬刀體、應(yīng)用阻尼避振、選擇合適切削條件、改善刀體的夾持方式以及采用內(nèi)冷技術(shù)等減弱內(nèi)孔切削振動(dòng)的解決方法。

     在零件內(nèi)孔車削尤其精車過程中，加工刀具的振動(dòng)最終會(huì)影響到零件的尺寸精度和表面質(zhì)量，同時(shí)也會(huì)影響刃具及基礎(chǔ)主軸的壽命，因此在加工中盡可能地避免振刀現(xiàn)象的發(fā)生。傳統(tǒng)的機(jī)械加工解決刀具振動(dòng)的最終結(jié)果通常會(huì)降低制造效率。隨著現(xiàn)代金屬切削加工技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是現(xiàn)代數(shù)控刀具結(jié)構(gòu)的迭代更新，為有效解決內(nèi)孔切削振動(dòng)問題提供了新途徑和新方法。

     阻尼避振刀具技術(shù)出現(xiàn)之前，機(jī)加工業(yè)內(nèi)普遍采用改變刀體的材料，以達(dá)到減輕刀具振動(dòng)的目的。即把采用普通合金鋼制造的刀體改為采用重金屬制造，或者整體采用硬質(zhì)合金制造的刀體，如圖 1 所示。刀體裝夾懸伸長度與刀體直徑之間產(chǎn)生避振效果的長徑比可達(dá) 4~6。但許多工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，在相同長徑比的情形下，采用重金屬刀體的內(nèi)孔車削消振效果不如整體硬質(zhì)合金刀體。表 1 所示為各種材質(zhì)的刀體裝夾懸伸長度與刀體直徑長徑比。

 

 

 

 

     Silent Tools 的設(shè)計(jì)包括：一塊浸入特種油狀液體中，由起彈簧作用的橡膠軸襯懸掛的重金屬塊。特種油狀液體將吸收切削過程產(chǎn)生的振動(dòng)能量，且通過能量轉(zhuǎn)化將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換為熱量。借助于內(nèi)孔車刀體上的螺釘來調(diào)整重金屬塊的慣量，優(yōu)化振動(dòng)頻率，調(diào)節(jié)橡膠軸襯懸架的張力，使減振效果達(dá)到最佳狀態(tài)。內(nèi)孔車刀體還設(shè)有內(nèi)冷卻通道，以優(yōu)化排屑效果。圖 3 所示的肯納金屬車刀體則在設(shè)計(jì)時(shí)組合了幾種比較理想的特征：包括高剛性的硬質(zhì)合金刀體；質(zhì)量為硬質(zhì)合金一半的鋼襯套位于內(nèi)孔車刀體前端，以產(chǎn)生更高的固有頻率 （與硬質(zhì)合金刀柄熱配合）；內(nèi)孔車刀體前端的槽可以減輕重量，提高固有頻率，減振器組合體衰減振動(dòng)等。

     3.1 采用 90°主偏角有利于減少徑向力，減輕振動(dòng)內(nèi)孔車削刀具的主偏角影響徑向力、軸向力以及合成力的方向和大小。主偏角增大導(dǎo)致軸向切削力增大，而主偏角減小則導(dǎo)致徑向切削力增大。由于軸向切削力朝著機(jī)床主軸方向，一般情況不會(huì)對(duì)加工產(chǎn)生負(fù)面影響，因此，選擇較大的主偏角是有利的。90°主偏角往往是內(nèi)孔車削的首選，通過鏜體軸直接傳回進(jìn)給力，使變形和振刀最小化。45°或者75°主偏角內(nèi)孔車刀徑向力往往會(huì)使刀體發(fā)生變形，從而導(dǎo)致振刀，見圖 4。

 

   

     3.2 在徑向切削深度一定情況下，減小刀尖圓弧半徑可減輕振動(dòng)在內(nèi)孔車削工序中，應(yīng)首選小刀尖半徑。刀尖半徑增大，徑向和切向切削力也會(huì)隨之增大，并且，還會(huì)帶來加強(qiáng)振動(dòng)趨勢(shì)的隱患。另一方面，刀具在徑向上的偏斜會(huì)受到切削深度與刀尖半徑之間相對(duì)關(guān)系影響，見圖 5。

 

 

     當(dāng)切削深度小于刀尖半徑時(shí)，徑向切削力隨著切削深度的加深而不斷增加。切削深度等于或大于刀尖半徑，徑向偏斜將由主偏角決定。選擇刀尖半徑的經(jīng)驗(yàn)法則是刀尖半徑應(yīng)稍小于切削深度。這樣，可以使徑向切削力最小。同時(shí)，在確保徑向切削刀最小的情況下，使用最大刀尖半徑可獲得更堅(jiān)的切削刃、更好的表面紋理以及切削刃上更均勻的壓力分布。

     刀片槽型對(duì)切削過程有著決定性的影響，內(nèi)孔加工一般選用切削鋒利、刃口強(qiáng)度高的正前角槽型刀片，以減小內(nèi)孔車削時(shí)的切削力。圖 7 是用于內(nèi)孔車削和鏜削的刀片。刀片的斷屑槽是磨削形成的貫通槽，常規(guī)的車刀片斷屑槽一般是通過壓制燒結(jié)的封閉槽。磨削的槽比燒結(jié)的槽刃口鋒利一些，也是降低切削力的一個(gè)方法。

 

     刀具的夾持穩(wěn)定性和工件的穩(wěn)固性在內(nèi)孔加工中也非常重要，它決定了加工時(shí)振動(dòng)的量級(jí)，并決定這種振動(dòng)是否會(huì)加大。刀體的夾緊單元滿足所推薦的長度、表面粗糙度和硬度是非常重要的。刀體的夾緊是關(guān)鍵的穩(wěn)定因素，在實(shí)際加工中，刀體會(huì)出現(xiàn)偏斜，刀體的偏斜取決于刀體材料、直徑、懸伸、徑向、切向切削力，以及刀體夾緊方式。

     圖 9 是兩種內(nèi)孔車刀的裝夾方式。前者是用螺釘直接壓住壓力面，后者是通過開口夾套夾緊刀體。采用螺釘壓緊的方式，刀體和孔的接觸面積比較小，刀體的穩(wěn)定性較差，比較容易出現(xiàn)振動(dòng)；采用開口夾套的方式則是整個(gè)夾套緊緊地箍住刀體，剛性大大加強(qiáng)，抗振性能就好了許多。圖 10 是分體式刀座夾持結(jié)構(gòu)，一般用在直徑更大的場(chǎng)合。

 

  

 

 

     加工時(shí)切屑過短，斷屑作用過于強(qiáng)烈，會(huì)消耗更高的機(jī)床功率，并且會(huì)有加大振動(dòng)的趨勢(shì)。而切屑過長會(huì)使排屑更困難，離心力將切屑?jí)合蚩妆?，殘留的切屑被擠壓到已加工工件表面，就會(huì)出現(xiàn)切屑堵塞的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)而損壞刀具。因此，進(jìn)行內(nèi)孔車削時(shí)，推薦使用帶內(nèi)冷的刀具。這樣，切削液將會(huì)有效地把切屑排出孔外。加工通孔時(shí)，也可用壓縮空氣代替切削液，通過主軸吹出切屑。另外，選擇合適的刀片槽型和切削參數(shù)，也有助于切屑的控制和排出。