精加工过程中刀具振动与不平衡量的管控

一直在前进

1 刀具振动和不平衡量对精密加工表面效果的影响

精加工时，刀具振动与主轴不平衡量如果管控不当，不仅影响工件的表面质量（振刀纹、棱角不清晰等），而且也会加速刀具磨损、降低刀具的使用寿命。本次试验以管控刀具振动和不平衡量来达到精加工的前提。

2 本次测试目的包含三点

2.1 精密加工前，该如何正确管控机床主轴刀具振动与不平衡量的顺序？

2.2 精密加工前，机床主轴刀具的不平衡量与振动必须控制到多少才可以进行精密加工？

2.3 机床主轴在不同位置对刀具振动的影响？

3 验证过程

本次实验分别在4台机床进行，测试仪器为MPM动平衡仪。

3.1如何正确检测机床主轴刀具的振动值和不平衡量值

为验证当机床（型号：SmartCNC500E_DRTD，编号：1502505）主轴在不同转速下，MPM校准（校准即标定）与不校准对主轴刀具的振动值和不平衡量值检测结果是否一样？本次实验主轴转速区间为10000—25000rpm，表1统计了MPM未校准时主轴转速区间内的振动值和不平衡量值，表2为MPM校准后主轴转速区间内的振动值与不平衡量值。

表1  MPM未校准前主轴转速区间内的振动值与不平衡量值

转速（rpm）	10000	11000	12000	13000	14000	15000	16000	17000
振动（mm/s）	0.133	0.116	0.101	0.077	0.066	0.059	0.056	0.071
不平衡量（gmm）	10.38	1.079	1.439	1.373	1.61	2.009	2.65	2.639
转速（rpm）	18000	19000	20000	21000	22000	23000	24000	25000
振动（mm/s）	0.061	0.062	0.077	0.094	0.1305	0.196	0.157	0.133
不平衡量（gmm）	2.018	2.782	2.798	2.243	3.218	2.834	1.57	1.49

     表2  MPM校准后主轴转速区间内的振动值与不平衡量值

转速（rpm）	10000	11000	12000	13000		14000	15000	16000	17000
振动（mm/s）	0.13	0.117	0.101	0.075		0.066	0.058	0.056	0.07
不平衡量（gmm）	1.326	1.831	1.973	2.038		2.398	2.998	2.235	2.43
转速（rpm）	18000	19000	20000	21000		22000	23000	24000	25000
振动（mm/s）	0.06	0.062	0.0785	0.0935		0.13	0.2	0.171	0.133
不平衡量（gmm）	2.847	2.37	1.965	2.426		1.954	2.166	1.893	1.263
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图（a） 校准前后主轴刀具振动值大小					图（b） 校准前后主轴刀具不平衡量大小

图1  MPM校准前后主轴刀具振动与不平衡量变化趋势

由以上数据分析可知，MPM校准对主轴刀具振动值不会产生影响，因此在平时的测量过程中，不需要校准；而不平衡量值却有明显的差异。也就是说，MPM的校准会对刀柄的不平衡量产生影响。校准是指MPM确定输入参数（加钉孔直径、加钉质量和角度）正确性的一个过程，所以要获取正确的不平衡量值前提必须进行MPM校准；并且，要获取每个转速下的不平衡量值时，每个转速也必须在先校准的前提下进行。

3.1.1技术结论

应用MPM动平衡仪测量主轴某转速下的刀具振动值与不平衡量值时，振动值的获取不需要校准，而不平衡量值的获取必须校准。

3.2 如何正确选择精加工时的最优转速

为了解决工程人员每次加工前对主轴转速区间内最优转速选取的困惑。本次实验以主轴振动为评判原则进行转速优选，并验证选取转速的合理性。

检测机床（型号：JDVT600_A12S，编号：1501803）坐标Z值为-78.1250mm（位置对测量结果有很大影响，后面会说明）时，不同转速下的主轴刀具振动与不平衡量。表3统计了机床主轴在转速区间10000—18000rpm的刀具振动值。

表3 主轴在不同转速区间的振动值

转速（rpm）	10000	11000	12000	13000	14000	15000	16000	17000	18000
振动（mm/s）	0.0063	0.0205	0.0443	0.0248	0.0314	0.0296	0.0463	0.0568	0.0523

注：此振动数值为3次采集结果平均值

根据表3中结果得出振动较小值对应下的优选转速10000rpm，11000rpm，13000rpm，15000rpm。

此时优选的转速振动值虽然较小，但是还未必适合精加工，因为其不平衡量还未确定，只有当某个转下的振动值和不平衡量都较小时，才适合精密加工，为了验证上面优选的转速是否不平衡量也最小，对该机床主轴刀具进行不平衡量检测与调平（精密加工要求主轴的不平衡量<0.5gmm），并采集调平后主轴刀具振动值大小，如表4所示。

表4  机床主轴刀具调平后不平衡量值与振动值

转速（rpm）	10000	11000	12000	13000	14000	15000	16000	17000	18000
不平衡量（gmm）	0.486	0.359	0.251	0.274	0.388	0.205	0.276	0.367	0.44
振动（mm/s）	0.0075	0.0045	0.011	0.0055	0.0115	0.005	0.0085	0.015	0.014

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图2 机床主轴刀具调平前后振动值比较

可以看出，在已经优选的转速中，经过不平衡量的调整，优选转速下的振动值也会减小。也就是说， 用MPM以振动参数优选出来的转速，在经过不平衡量的管控调整，振动速度和不平衡量都保证最小，此时，主轴刀具才最有利精加工。

3.2.1 技术结论

精加工过程中，管控机床主轴刀具的振动和不平衡量优先顺序为：先依据刀具振动值优选转速，即选用机床主轴转速区间内最小振动值对应的转速；再将此转速下的刀具进行不平衡量调整（<0.5gmm）。

3.3 精加工主轴刀具转速下的振动值应满足的条件

为了确定主轴刀具转速下的振动值在满足什么条件下就可以进行精加工，再次利用闭环机床（型号：JDGR200_A10SH，编号：17111559）进行测试。因为得知精密加工过程中要求主轴刀具的旋转不平衡量小于0.5gmm，因此，在MPM调平刀具（不平衡量<0.5gmm）的前提下，采集转速区间内的主轴振动值。

表5 刀柄调平后不同转速下的振动值

转速（rpm）	10000	11000	12000	13000	14000	15000	16000	17000	18000
振动（mm/s）	0.0045	0.006	0.005	0.004	0.002	0.0095	0.0025	0.003	0.002
转速（rpm）	19000	20000	21000	22000	23000	24000	25000	26000	27000
振动（mm/s）	0.008	0.0075	0.007	0.0075	0.005	0.0165	0.007	0.0855	0.038
								共振点	共振点

file:///C:\Users\liuru\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps6636.tmp.pngfile:///C:\Users\liuru\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps6637.tmp.pngfile:///C:\Users\liuru\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps6638.tmp.pngfile:///C:\Users\liuru\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps6639.tmp.pngfile:///C:\Users\liuru\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps663A.tmp.png

图3  MPM调平后主轴转速区间内的振动值

3.3.1 技术小结

综合以上图表分析得出当机床主轴在某转速下振动值<0.02mm/s，且不平衡量值<0.5gmm时，可以进行精加工。

3.4 不同高度对机床主轴刀具振动值的影响

每个加工人员设定的加工高度都是不一样的，于是得再次分析是否机床主轴高度不一致也会对振动值产生影响。

选用机床（型号：JDHGT600_A13S，编号：1706705）进行不同高度的主轴刀具振动值采集。第一次采集机床坐标（X，Y，Z）=（267.994，313.7118，0），第二次采集机床坐标（X，Y，Z）=（267.994，313.7118，-115），第三次采集机床坐标（X，Y，Z）=（X，Y，Z）=（267.994，313.7118，-231），转速区间10000rpm—23000rpm。

表6  第一次振动数据采集

转速（rpm）	10000	11000	12000	13000	14000	15000	16000
振动（mm/s）	0.01375	0.01725	0.01675	0.0165	0.0175	0.02175	0.05375
转速（rpm）	17000	18000	19000	20000	21000	22000	23000
振动（mm/s）	0.02125	0.009	0.00775	0.00225	0.0135	0.009	0.02325

表7  第二次振动数据采集

转速（rpm）	10000	11000	12000	13000	14000	15000	16000
振动（mm/s）	0.0115	0.014	0.019	0.03475	0.0305	0.0125	0.009
转速（rpm）	17000	18000	19000	20000	21000	22000	23000
振动（mm/s）	0.01225	0.013	0.01775	0.021	0.039	0.06025	0.0715

   表8  第三次振动数据采集

转速（rpm）	10000	11000	12000	13000	14000	15000	16000
振动（mm/s）	0.014	0.014	0.017	0.022	0.032	0.072	0.045
转速（rpm）	17000	18000	19000	20000	21000	22000	23000
振动（mm/s）	0.025	0.026	0.023	0.022	0.007	0.023	0.038

file:///C:\Users\liuru\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps664B.tmp.png

图4 机床主轴在不同高度下的振动值

由图4可以看出，机床主轴在不同高度下的振动趋势是不一样的，共振点与谷值点对应的转速也是不同的，所以当要进行转速优选时，一定首先明确采集数据时，机床主轴所在的高度。

3.4.1 技术小结

机床主轴在不同的高度处，共振点转速和谷值点转速是不同的，这会对优选转速产生影响，故采集振动数据之前一定保证是在某个特定加工高度下进行，才可保证结果的准确性。

3.5 结论

精加工过程，应用MPM动平衡仪进行机床转速优选时，首先保证机床主轴位置在特定的加工范围内，再进行刀具振动数据的采集，选出转速区间内振动值较小的转速，进行该转速下的MPM的调平，最后保证调平衡后的刀具振动<0.02mm/s，不平衡量<0.5gmm，才可进行精密加工。

注：由于图片不能显示，有感兴趣的同事可以联系应用技术部刘茹

tyzzjb

说白了，你充钱不够

麓森

谢谢楼主分享

luieo

棒棒哒非常好

梓檀

如何测试的，用什么仪器？

h409938274

非常高深。机器行就行。机器不行就不行

SCH

好好学艺，天天向上

麓森

好好学艺，天天向上

namin2002

请教普通用户如何设置？看不明白