在机械加工过程中，工艺系统有时会发生振动，即在刀具的切削刃与工件正在切削的表面之间，除了名义上的切削运动之外，还会出现一种周期性的相对运动，这是一种破坏正常切削运动的极其有害的现象。本文从刀具设计、走刀路径等方面出发，寻找控制机械加工中振动产生的有效方法。

发动机制造离不开机械加工，在机械加工过程中，随着科学技术的发展和人们需求的提高，工件的精度也在不断提高，但是工艺系统时常还是会发生振动，即在工件和刀具的切削刃之间，除了名义上的切削运动外，还会出现一种周期性的相对运动。这是一种破坏正常切削运动的极其有害的现象，主要表现为以下几点:

1.振动使工艺系统的各种成形运动受到干扰和破坏，使加工表面出现刀痕、振纹，增大表面粗糙度值，恶化加工表面质量；

2.振动还可能引起刀刃崩裂，引起机床、夹具连接部分松动，缩短刀具及机床、夹具的使用寿命；

3.振动限制了切削用量的进一步提高，降低了切削加工的生产效率，严重时甚至还会使切削加工无法继续进行；

4.振动所发出的噪声会污染环境，有害工人的身心健康。

本文从刀具设计、走刀路径方面出发，通过实例说明，找到控制机械加工中振动产生的方法。

刀具的优化设计

刀具振动实际应该叫“切削振动”，通常发生在长悬臂刀杆的镗削和铣削加工、薄壁件的切削加工以及细长杆的车削等加工中。长悬臂刀杆由于刚性较差，受力易产生振动，若加工表面不连续，属断续加工，刀具受力不均，振动会造成工件表面加工质量下降。其中，组合刀具更易产生切削振动，若该类刀具设计不合理，加工中存在同时切削现象，刀具则易产生振动造成刀痕或振纹。下面我们将通过实例说明通过优化刀具设计消除切削振动的具体方法。

某发动机工厂在项目验收期间，缸盖线精加工凸轮轴孔存在刀痕现象，刀痕均出现在第二挡凸轮轴孔入口处，据统计，出现率为100％，报废率为3％。凸轮轴孔加工属于长悬臂刀杆的镗削，加工刀具分短刀T1（刀号）和长刀T2（见图1）。短刀加工前两档凸轮轴孔，长刀以前两档作为引导孔加工后三档。刀痕产生在第二档，有两种可能：一是短刀T1加工出刀痕；二是短刀加工表面是好的，但被长刀T2刮伤产生刀痕。经验证，排除了第二种可能，故把刀痕产生的原因锁定在短刀T1上。

经分析，刀痕均出现在相同的位置，可判断不是某把刀具的问题。随后做了一系列的验证：优化加工参数、加大切削液浓度以及调整粗精加工余量分配，均无效果。分析刀具结构和刀痕位置发现，当刀具第一档刀片加工到油槽位置时，第二档刀片正好开始切削第二档凸轮轴孔，由于油槽不对称（只在凸轮轴盖上开油槽）断续加工，导致振刀，加工中产生振动，造成第二档出现刀痕。

振动产生的根本原因在于刀具设计不合理，故重新设计刀体，缩短第一、第二档之间的距离，把第一、第二档凸轮轴孔分开加工，避免由于同时切削引起振动造成刀痕，刀具改进前后对比如图2所示。

在该案例中，我们通过优化刀具设计，消除了振动，解决了凸轮轴孔刀痕问题，报废率由3％降低为0，实现了低成本高价值的目标，该方法具有巨大的推广价值。

优化刀具路径

工厂的噪声来源主要是机床的加工，若加工中产生振动，将会大幅度增加噪音的分贝。以下将通过实例介绍通过优化走刀路径消除振动降低噪音的方法。

某发动机工厂在加工缸体电动机安装面时，最大噪音达到94分贝左右，一般通过耳塞只能削弱噪音约10分贝，超过安全的80分贝。产生噪音的同时也隐藏了产品质量缺陷和刀具异常损耗的风险。自投产以来每班都会出现因为电动机安装面刀痕严重而导致的换刀，刀具寿命低。缸体电动机安装面加工属于长悬臂刀杆的薄壁铣削，加工振动相当大。

电动机面的加工工序为：先粗铣再精铣，粗铣之后剩余0.5mm余量，精铣至最终尺寸。粗、精铣都属于长悬臂刀杆的薄壁铣削，在同一工位完成。通过现场观察与研究发现，粗铣缸体启动电动机安装面时产生的噪音最大。粗铣路径、加工程序、加工余量和噪音情况如图3所示。

通过对比，发现在第一次圆弧插补和第二次圆弧插补时容易产生噪声，主要的原因是：圆弧插补时的包角（此处的刀具包角是指刀具与加工工件接触所对的圆心角，包角越大接触的弧长越长，受力越大）很大，导致刀具瞬时受力大，圆弧插补时刀片受力不稳定，刀具容易发生共振（见图4） 。

针对以上原因，制定了抑制措施，优化走刀路径，重新分配加工余量（见图5）。

新的走刀路径主要优化了三点：减少圆弧插补时包角，由90°减少到29°，有效降低切削力；降低圆弧插补时的转速，由S325降低到S290（第一次）、S270（第二次），有效避开共振频率；减少精加工刀具T22038的加工余量，由0.1mm～0.75mm，有效提高精加工刀具寿命。

优化路径之后的效果如下：

1.更改程序后的首件缸体电动机安装面振纹得到改善，肩部的振纹也基本消失。

2.加工6件验证件结果显示，优化路径之后，电动机安装面的尺寸满足要求。

3.跟踪验证一周更换10次该粗铣刀具，测量粗铣启动电动机安装面的加工最大噪声不超过86dB，根据肩部轮廓度Q-das数据的显示可以得出结论，断点时间后的B15电动机安装面肩部轮廓度明显改善。

该案例通过更改走动路径并调整部分路段的切削转速，实现了降低刀具加工时的振动噪声，从之前的94dB降低到现在的86dB，同时改善了下列质量问题：将启动电动机安装面存在刀痕而导致报废的情况降低为0；显著提高了启动电动机安装面肩部轮廓度，由原来的平均值1.4mm提升为现在的小于等于0.7mm。