振動分析是檢測加工中心性能的非常重要的一個方面赁栈，但也是目前缺失的一個方面乍恐。如果沒有在高速機床上進行過這種分析聚谁，那么機床制造廠商也許就不會知道機床究竟能做些什么母剥。

　　在進行銑削加工中，因走刀情況不好而發(fā)出刺耳的難聽的聲音時形导，富有經驗的機械師和NC編程員都會有所反應环疼。這是由于其所選用的切削參數不夠理想造成的，面對這一情況朵耕，他們就會減少某些參數炫隶。也就是說，他們將會調低某些工藝參數阎曹。

　　他們所降低的某些特定參數可能是切削深度伪阶，也可能是速度和進給率的組合參數，甚至是刀具的懸臂長度处嫌。不管是什么參數栅贴，“下調”是獲得較好加工性能的一個靈活策略。經驗較為豐富的加工人員熏迹，在調節(jié)這些參數方面是非常熟練的筹误，他們能夠將這些參數降低到必要的程度，以使其達到可接受的切削水平谊某。在大多數加工車間中坷顽，采用這種降低加工參數的方法——這種折衷方案——被看作是操作人員的一種正確反應。

　　然而订岗，在高速加工中喇喂，采用這種降低加工參數的方法并不是正確的應對措施饰逝。事實上，人們甚至發(fā)現這一做法是與高速加工的本質背道而馳的雪奠。

　　參數本身是十分重要的文浆，如切削深度、主軸轉速和刀具長度都會影響到加工的性能踪启。然而升价，當一臺高速加工的機床發(fā)出的振顫聲，并反映出機床的加工性能表現不佳時茧天，“下調”參數可能會適得其反窄悍。有許多采用高速加工中心的車間，就因此而白白浪費了他們的實際生產能力磨夕，最終無法達到生產目標屯远。

　　在高速加工應用領域中，為了達到更加穩(wěn)定的切削加工捕虽，很多廠家也許仍然需要采用參數“下調”的方式慨丐，但有一種更加有效的方法，即采用參數“上調”的方式泄私。如果同時涉及到主軸轉速和刀具長度這兩個參數房揭，那么應付振顫的更好答案將是提高其中的某一個參數。雖然這看起來有些奇怪晌端，但實際經驗表明崩溪，較高的主軸轉速和較低剛性的刀具，或者只占其一斩松，都可允許機床處理更具侵略性的切削深度伶唯，因為這些變化使系統(tǒng)的振動傾向更為和諧。凡是認識到這一點的加工車間惧盹，都能理解高速加工的真正實質乳幸，就是在主軸轉速范圍內工作，只憑直覺或經驗是無法確定的钧椰，不同的情況下都有不同的理想切削條件〈舛希現在有一個機加工車間對此十分了解，這個車間就是位于喬治亞州的Warner Robins空軍基地的一個分部刻吵。

　　軍工業(yè)中的銑削加工

　　這個能夠進行快速反應的車間是空軍第402維護大隊中第573產品維修中隊的一個分部恼孩。該加工車間的任務包括戰(zhàn)斗機和運輸機更換備件的加工，全世界凡是飛往這個基地的所有飛機的替換件苦突，都由其負責加工牙硫。這里的維修非常頻繁，因為這些飛機需要快速地返回行動狀態(tài)，因此該車間往往需要根據有限的交貨時間要求防徊，小批量生產一些復雜和關鍵的零部件柏豆。

　　編程員David Devore先生和Mike Estes先生說，最初當這一加工車間開始使用高速加工中心時选芦，他們對此一無所知这毁，所以當時該機床的使用效率非常低下。在使用這些機床進行加工時赌列，刀具經常被折斷混闪，其中包括3/4in（1in=25.4mm）的端面銑刀。從這一車間的反應情況來看阅嘶，只能是放慢某些加工項目的切削速度属瓣。

　　但是，當該車間從Makino公司引進和安裝其最高達30000r/min的MAG 3型高速加工中心時奈懒，他們對該機床進行了“敲擊試驗”。也就是說宪巨，該車間采用一把靈敏的錘子磷杏，像打鐘那樣擊打主軸中安裝的刀具，以測試機床的振動特性捏卓。

　　采用這種分析方法的目的是為了找出特定機床上使用的每一把刀具或刀柄在調試后的穩(wěn)定切割速度极祸。在Robins公司，一旦找到了這些穩(wěn)定的參數怠晴，他們就將其使用于新的機床上遥金，從而提高了該車間零件的加工質量、生產率和刀具使用壽命蒜田，且全部指標都超過了其高速銑削加工時所達到的水平稿械。由于差距是如此之大，因此該車間決定在其現有的高速機床上也進行同樣的分析試驗冲粤。在這些機床上寿宅，該車間發(fā)現，當其以相當高的速度運行并超過該車間以前所一直運行的速度時船遣，許多刀具的工作更加穩(wěn)定卫糙，更富有成效并更加安全。開機后样呜，使其速度與這些最佳參數一致欺靠，車間立即開始更安靜地工作運行，切削量增大覆珍，零件的加工質量提高肾寡，而且刀具沒有出現被折斷的現象。

　　現在纱轨，該車間開始采用從振動分析中獲得的參數來運行高速機床赃慰。當超過一定的速度時荐多，該車間認識到，這種分析實際上對機床實現全面的效益至關重要纪尊。

　　這其中的原因與共振頻率有關候殿。機床、刀柄和刀具的每一種特殊組合献雅，都有特定的穩(wěn)定速度值碉考，從而允許機床能達到最大的切削深度和金屬切削量。緊接著還有更多的解釋挺身，但就現在而言侯谁，它足以說明問題，但無法推斷這些來自于經驗的速度值章钾。對于Robins公司來說墙贱，也沒有切實可行方法，通過試切削來找到穩(wěn)定的參數贱傀，因為該車間經常使用很多刀具惨撇。因此，該車間與一家外協(xié)合作單位簽訂了合同府寒，它可以幫助該車間迅速地測量所有機床的振動魁衙，然后根據機床日常使用的每一把刀具或刀柄的組合情況，確定其最佳的速度和切削深度株搔。

　　刀具儀表板

　　編程員說剖淀，現在的切削性能基本可以保持相同。尤其是車間的環(huán)境發(fā)生了很大變化肌辑，由于振顫減少足渔，車間內的加工環(huán)境非常安靜。而且刹造，由于高速機床能夠以更高的速度進行深度強力切削条馍，而且不發(fā)生刀具斷裂現象，因此機床具有更高的生產效率赂相。況且寓鳄，現在又能夠提供有關最佳加工參數的信息，因此編程員本身的生產效率也進一步提高〗簦現在提供給他們的其中一項資源就是“刀具儀表板”跛孕，它可以讓這些編程員精確地預測為某一特定銑削走刀所選定和設置的任何切削參數的特性和生產力。

　　現在肄寻，當其中一臺高速加工中心所使用的刀具和刀柄選定之后舟鲁，就可以根據它們的情況選擇其最佳參數。事實上，根據振動分析所獲得的參數坡沿，將被自動地輸入到Catia中糊探。當這些切削條件需要調整設置時，如切削深度可能不符合切削要求河闰，有關參數可通過刀具儀表板進行操控科平，以找出另一組有效的切削條件，以排除產生顫振的源頭姜性。即使是進給速度瞪慧，也可以通過這種方式進行調節(jié)，即根據主軸的彎曲力矩對其進行測試部念。

　　Warner Robins公司與BlueSwarf公司簽訂了有關進行“敲擊試驗分析”和提供包括刀具儀表板在內的合約弃酌。BlueSwarf公司是一家專門從事機床振動分析試驗的企業(yè)。該公司向一些加工車間銷售“Metalmax”分析儀儡炼，用于車間的內部分析妓湘，但該公司也在現場為那些將分析工作承包給外協(xié)單位的加工車間進行分析測量。實際測試只是簡單地敲擊在加工中心中運行的刀具乌询，也就是說用一把靈敏的錘子擊打刀具榜贴，然后通過刀尖上的傳感器捕捉反饋信息。由于不同組合的刀具和刀柄需要分別進行測試楣责，因此整個分析試驗可能需花費幾小時或幾天的時間平俘。某些刀具的細節(jié)宋泊，如圓角半徑與測試結果之間沒有什么關系玻温，因此不是每一把刀具的每一個實際數據都必須測試。盡管如此湃改，Warner Robins公司的加工車間仍然需要在每臺高速機床上測試45～50個刀具的設置值级闭。

　　特定的速度

　　那么，加工中心為什么需要這么做呢丧足？為什么加工中心在某一特定的速度或采用特定長度的刀具能夠更好的工作呢本洁？這個答案與一個事實有關：每一個機械系統(tǒng)都帶有幾組固有的自然振動頻率，加工中心蜗胖、刀柄和刀具系統(tǒng)也不例外搔片。該系統(tǒng)具有這些自然頻率，在其切削加工時袄雷，在一定程度上脸缆，它會按照這些頻率發(fā)生振動。同時會在加工的表面上出現微波效應跑事。這些波動可能會對加工走刀產生輕微的影響别粮。而且，這也可能會影響反饋機構，對切削加工造成損害辩诞。

　　該機床在切削加工時碰到過這種表面波動的情況坎弯。這種波動會造成切削深度的變化，結果使刀具上的負荷也發(fā)生波動译暂。這種波動往往是微不足道的抠忘，所以機床的反應也很小。然而秧秉，在強力切削過程中褐桌，振動的程度會變得更加明顯，實際上波動本身也會產生驅動力象迎。刀具的偏轉會造成更大的波紋荧嵌，這將會加大切削深度中的振動程度。這種自激式振動實際上就是所謂的“振顫”砾淌。刀具的使用壽命和零件的加工質量都會受到影響啦撮，所發(fā)出的聲音更令人難以忍受。

　　在主軸轉速超過約10000r/min的地方汪厨，設置了一個不同的可能性例是。處于較高的速度時，有可能使刀刃與工件接觸時的某一切削速度與該系統(tǒng)的自然頻率協(xié)調一致蛙檐。

　　當這種情況發(fā)生時狐怯，機床仍然在振動著，但刀尖基本上隨著波紋而運動贪犁。此時颜肥，切削負荷是一致均衡的，切削非常順暢檀氏。對許多車間來說退厕，這種結果是一種令人十分奇怪的現象，某些比速很高的主軸速度纳帽，可以允許其比較高速度或較低速度時達到更高的切削深度寸颇。

　　從這里看到的整個主軸轉速范圍內，峰值表示這一特定的機床和刀具設置所能夠達到的更高生產切削效率挣呛。帶有交叉陰影線的區(qū)域表示發(fā)生顫振的地方础健。因此，當轉速為17792r/min時舰绘，進行特大切削深度的穩(wěn)定切削加工是可能的蹂喻，如果機床的運行速度略高于或略低于這一數值，那么即使沒有達到同樣水平的強力銑削也是可能的除盏。實際上叉橱，凡是不了解這一神奇速度的加工車間挫以，就不會知道其加工中心究竟能做些什么事情。

　　事實上窃祝，加工車間可能也不知道其刀具究竟可以做些什么事情掐松。

　　刀具的神奇特性

　　刀具性能的區(qū)別，揭示了高速加工方面一個更為潛在的驚人事實粪小。當BlueSwarf公司對Warner Robins公司最古老的高速加工中心進行敲打試驗時大磺。一般來說，較短的刀具能夠更加穩(wěn)定地進行銑削加工探膊，但并非總是如此杠愧。在這一特定的機床上，當使用兩把較長的刀具時逞壁，發(fā)現該系統(tǒng)實際上能夠更加穩(wěn)定地進行工作流济，并可達到較大的切削深度，其刀具的調試設置如圖7所示债轰。在這一特定的機床上铆糙，刀具的靈活性越高，其金屬切削的速度也就越高丐闲。

　　這家車間已使用該機床多年械琴，該機床的工作性能良好，當然有關的信息提供了很大幫助索官。多年來狰了，該機床的工作表現一直都比較好。機床的運行如果沒有這些寶貴的信息势瘤，就不可能達到這樣事半功倍的目的乐标，或者說，機床運行中潛在的產量和質量都將會有所下降接吠。

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