「金属加工」铝车轮加工出现振动，怎么办？

导读
铝车轮是汽车的重要零部件，在其切削加工过程中，铝车轮经常发生振动，影响产品的表面质量，降低刀具使用寿命。本文对铝车轮切削振动原因进行详细分析，进一步利用有限元软件，对铝车轮夹紧状态下进行模态分析，探寻其固有频率及模态振型，找到其薄弱环节为车削一序的法兰及轮辋靠近内轮缘部位，车削二序的正面及轮辋中部位置，为铝合金车轮的结构设计及切削工艺优化提供理论依据，最后提出铝车轮切削振动的预防及解决措施。

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铝车轮切削振动原因分析
根据加工现场统计，铝车轮在加工过程中，内、外轮辋振刀，胎圈座振刀、正面振刀较为常见，其主要原因是机床、工件、刀具三个系统中任一个或多个系统刚性不足，刀具切削产生的激振力与任一或多个系统固有频率相同或接近，从而产生共振。
（1）机床原因。机床本身的精度对加工的稳定性有着重要的影响，除此之外，机床导轨的磨损也会造成刀塔在加工过程中发生振动，从而在加工表面产生不一致的刀纹。定位装置及夹紧系统的精度对铝车轮的定位产生影响，如果定位块精度低或定位块和铝车轮之间夹杂有铝屑，会造成加工过程刀具切削厚度不一致，引发系统振动；如果夹爪的夹紧力不足或夹紧装置螺栓发生松动，会造成加工过程铝车轮发生上下窜动，引发系统振动。
（2）刀具原因。刀具系统的刚性不足也会引发系统振动。如果刀杆或刀片安装螺栓紧固效果不好，会造成加工过程刀具发生振颤，引发系统振动。如果刀杆过长，会造成刀具刚性不足，引发振动。如果刀具磨损量过大，刀具锋利性不够，会造成刀具切削力波动性增强，引发系统振动，因此有必要定期检查刀片磨损量，定期更换刀片。
（3）工件原因。工件在夹紧状态下的刚性对于系统振动有着重要影响。铝合金车轮的机加工过程主要包括两个工序，分别为车削一序、车削二序。铝车轮定位夹紧方式如图1所示，一序加工轴向采用轴向块定位，定位位置为外轮缘端面，径向采用径向块定位，定位位置为外轮缘外侧，通过压爪对外轮缘内侧进行夹紧；二序加工轴向采用轴向块定位，定位位置为内轮缘端面，径向采用心轴定位，定位位置为中心孔内表面，通过压爪对内轮缘内侧进行夹紧。

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【「金属加工」铝车轮加工出现振动，怎么办？】

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铝车轮夹紧状态下模态分析
（1）有限元模型建立。通过CATIA软件建立铝合金车轮的三维模型，在Workbench中建立模态分析模块，将三维模型导入。对模型进行材料设置，材料参数如表1所示。分别设置车削一序和车削二序的边界条件。对定位位置施加位移约束，限制其定位方向的位移，对夹紧位置施加固定约束，限制其所有自由度。

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（2）车削一序模态分析。由于低阶模态具有较大现实意义，故提取前6阶模态进行分析。车削一序的频率值如表2所示，模态振型图如图2 。

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