在加工过程中，当切削刀具与工件啮合时，您可能会遇到不需要的振动，称为“颤振”。机械加工中的颤振可能对您的工具和机械的生产率和使用寿命有害且有害。消除颤振可以生产出更好的零件，提供更长的刀具寿命一致性，甚至可以消除报废零件。机加工中的颤振是什么？
在切削过程中，切削刀具、工件和机床之间存在动态相互作用。颤振是切削刀具和工件之间的谐波不平衡，这意味着组件实际上是相互弹跳。刀具对零件设置施加的切削力将导致共振，最终发展为自激振动。杂音可能会产生很大的噪音，甚至可能会产生视觉上的“波动”在被加工的零件表面上。这是每次旋转切削载荷变化时刀具加工产生的不平整表面的结果。加工过程中遇到的另外两种类型的振动是“自由振动”（由冲击力引起，例如快速移动期间工作台的突然运动反转）和“受迫振动”'（这是由于多齿铣刀间歇切削的振动运动或车床上偏心安装的零件的旋转引起的）。
机械加工中的颤振会造成什么后果？
在工件上，它会对零件的表面光洁度质量和几何公差产生不利影响。在某些情况下，它可能会导致几何形状的变形。
有时，它可能会对夹具等工作夹持结构提出额外要求，因为必须采用额外的刚度来承受振动引起的额外力。
它可能导致切削工具过度或不均匀磨损，从而导致过早破损，从而危及工艺安全性。更进一步，此类破损可能会危及未来修复的可能性或剩余切削刃的可用性，从而导致更高的耗材成本。
持续的振动可能会对机器的动态运动部件造成损坏，包括齿轮、轴承、导轨和主轴组件，从而导致它们更高的磨损和撕裂。颤振可能最终会影响机床的长期几何和/或定位精度，从而导致额外的维修成本。
机械师最常通过降低速度、进给、切削深度或重新编程刀具路径来应对颤振。这会影响最佳金属去除率，导致生产力下降，并影响整体效率。在高速加工等情况下，它限制了机床和切削工具能力的最充分利用。
切削过程的不同元素，如切削刀具、刀架、工件和机床具有不同程度的刚度，这会影响切削过程中表现出的阻尼特性。当这种结构承受过大的切削力时，会导致切削过程的动态不稳定。例如，太细的工具或工件对同一组切削条件的反应与其相对粗壮的对应物不同。虽然可能并不总是可以为了消除加工中的颤振，有一些方法可以通过处理每个元素来将其最小化。
工件夹持
夹具、夹紧工具等工件夹持方法需要注意抑制颤振。他们的设计应该为包含关键区域的工件提供整体结构刚度，同时支持较弱的零件特征，例如细长横截面或薄底。夹具布局和结构应考虑可能的切削力的方向，以提供足够的阻尼和刚度。夹紧应足够坚固，以阻止由于过大的切削力而产生的微小运动。一旦确定了刀具路径，就尽可能牢固地固定工件。这可能和你一样简单使用高质量的铣削虎钳，如配备虎钳钳口的Kurt DX6，或用锯齿状齿夹持工件，而不是使用光滑的钳口或在工件上加工燕尾槽以获得额外的夹持力。
切割工具
刀具对颤振有重大影响，在许多情况下，它是主要的触发点。如前所述，切削刀具也是振动开始时最先改变的东西之一，通常是通过降低速度和进给或彻底更换刀具。因此，为给定的应用程序选择正确的工具再怎么强调也不为过。选择切割工具时要记住的一些事情是：
- 了解何时使用整体硬质合金立铣刀与可转位刀具
- 使用锯齿刃（关节）与直刃切削工具
- 对于整体硬质合金刀具，使用不等间距的排屑槽和可变螺旋线
- 使用存根刀具与切削深度更长的刀具
- 对于可转位刀具，选择具有更小刀尖半径、更锋利的切削几何形状、更大的正前角、更薄的PVD涂层甚至更锋利的未涂层刀片或这些刀具特性的组合的刀片
- 选择主偏角接近90°或主偏角接近0°的刀具
- 对于固定应用，检查工具设置是否不正确的中心高度或工具块内缺乏刚性夹紧也有助于消除颤振。
铣削涉及在切削过程中使多个齿同时与工件接触，每个齿面不断变化的切屑负载。根据工件材料和设计、夹具刚度等因素选择正确的刀具螺距可确保在应用中使用正确的齿数。不正确的数字可能会导致谐波不平衡。简单的解决方案，如减少径向深度、使用不规则或更粗糙的切削几何形状，或者简单地选择切削刃更短的刀具，可以立即产生无颤动的结果。对于具有长刀具悬伸的组件，建议采用具有最低主偏角的高进给铣削，因为这会降低径向偏转力。
刀具夹具
刀柄，无论是静止的还是旋转的，都是切削刀具、工件和机床之间的重要纽带。选择具有尽可能短的悬伸和尽可能大的直径的刀柄是减少振动的可靠解决方案；即使是定制（即锥形）工具设计也可以作为设置允许使用的选项。对于车床工具，大多数刚性问题来自内孔应用。刀柄材料s会影响切削过程中的静态刚度和阻尼行为。钢筋最适合长径比高达3:1或最大4:1的情况。当悬伸长度为s超过这个，使用重金属或硬质合金镗杆等高密度材料可以获得良好的效果。
在铣削操作期间，另一个需要考虑的重要方面是跳动或总指示读数(TIR)。在高速加工(HSM)应用中，最高跳动精度至关重要，它对切屑厚度和每个切削齿上的载荷分布有很大影响。高跳动会增加一个齿相对于其余齿的切削载荷，增加振动和难以加工的材料，缩短刀具寿命。立铣刀刀柄最易于使用且有防止立铣刀“拔出”的最佳方法之一，但立铣刀刀柄往往跳动最大，这可能会降低它们在高速铣削操作中的生产率。ER夹头夹头连同高质量的ER夹头，是一种同心夹持刀具的准确方法，但在高速铣削操作中，刀具可能会“拉出”。热缩系统和机械锁定动力铣削卡盘系统可以帮助缓解这种情况。热缩系统非常精确，但需要昂贵的机器来加热工具，并且每个工具仅限于一个柄尺寸。机械动力铣削刀柄利用夹头和机械轴承的组合来牢固地固定刀具，并且还可以保持≤0.0002英寸以及10,000 RPM以上的跳动。
通常，在高速铣削操作中，许多机械师希望刀具柄部的跳动低于0.0003”。对于较小的数字，您要确保主轴、夹头和刀柄清洁，以便切削刀具+刀柄+机床之间的干扰最小。对于刀尖和主轴面之间较长的连接，尽量保持尽可能少，特别是在模块化刀具组件的情况下。对于需要更高切削深度和进给量的高性能加工应用，牢固夹紧的刚性刀具性能最佳且颤振最少。当应用容易承受极端径向力时，提供锥度和面接触的刀柄特别有用。
让您的工厂兴奋不已的铣削策略
控制过大的径向切削力是减少再生振动的关键因素。基于切屑减薄原理的摆线铣削和剥皮铣削等加工策略通常有助于减少刀具偏转并提高生产率。在大多数情况下，选择顺铣方法也有助于减少颤振。要铣削型腔拐角或圆弧，使用较小直径的刀具并将其编程为所需的绘图半径，从而控制单次或多次通过中的接合弧，有助于减少颤振。另一方面，有时太薄的切屑厚度会使切削刃摩擦零件表面而不是切削零件表面，从而导致振动并可能使受影响的区域加工硬化。基于切削刃增加每齿进给量有助于克服这种情况。加工的一般规则是保持切屑负载恒定或切削刃连续切入以最小化进入/退出冲击s。我为了实现这一点，合适的进给方法（例如斜坡、螺旋插补、切向或径向进给率降低）非常方便。最好避免在铣削过程中将刀具定位在切削中心，而应将其定位在偏心位置，同时尽可能使刀具最大啮合量达到直径的60%-70%。具有细长横截面的零件特征在选择操作顺序时需要格外小心并对它们的刀具路径进行编程，以避免过早去除过多材料。
概括
简而言之，加工中的颤振会导致生产率大幅下降，并且同样会影响工件质量、性能以及切削刀具和机床的使用寿命。缓解和抑制的关键是使所有动态元素都适合您的应用程序要求。增加刀具、工件和/或机器的刚度并减少变形有助于控制振动。切削工具凭借其广泛的功能和正确的应用发挥着重要作用，以应对它有效。在流程规划期间采用综合方法——考虑所有要素及其固有特征、能力和局限性——将大大有助于克服它。
