|
普通车床精车外圆表面出现“视角波纹”的原因分析
【摘 要】 对普通车床精车外圆表面出现“视角波纹“的原因进行了分析。
【关键词】 普通车床 外圆车削 视角波纹
1 “视角波纹”现象的概述
一般来说，车床精车外圆表面后的粗糙度达到了国家标准要求时，留下的刀纹应是均匀的，不应有明显的不规则波纹。但在长期的制造和维修中发现，许多车床精车外圆表面后出现有明显规律的刀纹，并且当用高转速、小走刀量、尖刀车削时这种刀纹更加明显。本文中将车床精车外圆后，表面刀纹经光线反射视觉能看到的、用常规粗糙度检测仪器检测仍符合机床验收粗糙度标准要求的、有一定的规律性排列的各类不正常刀纹统称作“视角波纹”，并以刀纹规律，分为以下几种：
（1）竹节纹——车床精车外圆后，工件表面刀纹在光线反射下，每隔相等的轴向距离便出现一圈明暗程度与整体不同的纹络，犹如竹节般等距分布在外圆表面，见图1。
（2）灯心绒纹——车床精车外圆表面后，工件在光线反射下，呈现1~2mm 宽的一圈圈排列有序，犹如灯心绒布状的条纹，见图2。
（3） 螺旋纹——车床精车后工件外圆表面在光线反射下，显现螺纹状包络于外圆表面的条纹，见图3。
（4） 跳纹——车床精车后工件外圆表面在光线反射下，无明显规律、间断性地出现 4~6mm长的细而发亮的短刀纹，见图4。
2 “视角波纹”的产生原因
2.1 产生“竹节纹”的成因
使用时间较长的旧车床，出现的频率较高。对竹节的纹络进行测量后，发现其波纹的宽度基本相等，而且这个宽度与床身齿条的齿距基本接近（见图5），其相关原因可能是：齿条本身的加工精度、齿条与床身导轨面的位置精度、溜板箱上与齿条啮合的齿轮轴的加工精度、齿轮轴与溜板箱孔的配合精度、溜板箱与床鞍连接后齿轮轴相对于齿条的位置精度等，都可能影响到齿轮轴 2与齿条1 啮合时的工作平稳性。
若因以上原因产生“竹节纹”，则新机床也会产生竹节纹。若因溜板箱齿轮轴齿轮与齿条的啮合间隙大，使重叠系数变小而发生“竹节纹”，而用了一段时间的机床此处间隙也不会很快磨损变大。经过分析和试验，我们发现齿轮轴的轮齿直接与齿条啮合，齿轮轴是悬臂轴，支撑套与齿轮轴的配合间隙，尤其是离齿轮轴齿部近的支撑点直接影响它在运动过程中的平稳性，是导致“竹节纹”的主要原因。
由于齿轮轴与支撑套的配合间隙偏大（见图6），齿轮轴的几何轴线偏离其旋转中心线，在齿条与齿轮轴齿部啮合过程中，悬臂齿轮轴的中心随着啮合时受力情况的变化而产生偏摆量的变化，就会在从一个齿到另一齿的啮合过程中重复地出现，周期性地影响着啮合传动的平稳性，从而使床鞍系统沿导轨方向的运动处于交变的振动状态，导致了“竹节纹”的发生。严重时，明暗相间的纹络更加明显，但用手触摸时却无感觉。这就是旧车床易出现或多出现竹节纹的原因。因此齿轮轴与支撑套长时间的磨损，使配合间隙增大，就会导致竹节波纹的产生。
2.2 产生“灯心绒纹”的成因
对于光杠是用六方杠传动的车床说来，根据“灯心绒纹”的特点，经过观察、试验和分析发现：丝杠转动时有螺母和托架作为中间支撑，比较平稳（见图7）。光杠虽有六方套支撑，但其细长、易弯曲，再加上转动的离心作用，光杠与溜板箱上六方套的配合产生间隙（见图8），转动过程中的弯曲光杠与六方套的受力点会随着光杠的弯曲而随机变化。因此，由于光杠撇劲和不直，旋转中不断变化着与六方套的受力点，在光杠每转一圈中，光杠传动受力点的跳动会造成溜板箱系统的瞬时速度发生改变，并随光杠每转一圈形成一次周期性的变化，从而使床鞍系统沿导轨方向和横向进给方向运动的瞬时速度产生周期性的变化，致使车刀不能保持匀速进给，从而产生“灯心绒纹”。严重时，用手沿轴线方向触摸时会有凹凸相间的棱纹感觉。因此将光杠校直后，或光杠与方套间隙较小时，“灯心绒纹”现象即可消失或减轻。
2.3 产生“螺旋纹”的成因
“螺旋纹”的产生原因，经过试验和分析，往往是由于主传动中某一不平衡回转件形成振源所引起的振动。例如，床头箱输入轴 I上皮带轮的不平衡。皮带轮的轮毂部分、或摩擦离合器组件，若有较大的偏心质量，就会形成以I轴回转频率为振源的振动。当产生“螺旋纹”时，一般应去寻找可能产生振源的有偏心质量的零件，采取相应措施。
2.4 产生“跳纹”的成因
车床主轴若是滚动轴承支撑，该轴承内的每个滚 柱（或滚珠）直径的一致性状态，将对高速转动主轴的平稳性产生很大的影响。我们将出现“跳纹”的主轴前轴承拆开，对每个滚柱（或滚珠）直径进行检测发现：凡是造成跳纹的车床，其轴承滚动体（滚珠或滚柱）直径的一致性都不合格。由于几个较大直径滚柱（或滚珠）支撑在轴承滚道中，使得主轴在高速旋转时，就会产生微弱的振动，造成“跳纹”的出现。通常，更换合适轴承后，“跳纹”即可消失。因此，主轴轴承的质量好坏，对车床的加工精度影响很大。
3 结束语
一般来说，车床在传动和切削过程中如果发生振动，就会在加工零件的表面上留下痕迹。这种振动分为两种：一种是自激振动；另一种是受迫振动。
自激振动是物体没有受到振动的外力，是因为本身的阻力或内应力发生变化所产生的振动，其产生原因有：（1）排除切屑时，切屑与刀具、刀具与工件的摩擦力变动；（2）切削层的硬度不均；（3） 刀具的安装刚性差（如刀杆尺寸大小或伸出太长）；（4）工件刚性差。 积屑瘤的时生时灭，使切削过程中刀具前角及切削横截面积变动。
受迫振动是物体受到外力作用而产生的振动，其产生原因有：（1）由断续切削所引起；（2）由不平衡转动质量而引起；（3）由机床部件的松动或传动零件工作表面制造不精确而引起；（4）由机床周围其它设备的振动而引起。
本文所叙述的几种“视角波纹”都是由于车床的传动零件或装配的不精确（或磨损变化）而引起的。这些波纹的产生实际上大多是车床本身有受迫振动而造成的。这些“视角波纹”虽在常规检测时都符合制造标准的要求，但是如果出现“视角波纹”顾客就会不满意（达 不到顾客标准）。在市场经济中企业应该深入研究和把握“顾客标准”，使产品达到国家或行业标准的同时，还应尽力达到相应的“顾客标准”，才能使得产品在顾客方面的满意度不断提高。
|
