振動(dòng)分析是檢測(cè)加工中心性能的非常重要的一個(gè)方面，但也是目前缺失的一個(gè)方面。如果沒(méi)有在高速機(jī)床上進(jìn)行過(guò)這種分析，那么機(jī)床制造廠商也許就不會(huì)知道機(jī)床究竟能做些什么。
在進(jìn)行銑削加工中，因走刀情況不好而發(fā)出刺耳的難聽(tīng)的聲音時(shí)，富有經(jīng)驗(yàn)的機(jī)械師和NC編程員都會(huì)有所反應(yīng)。這是由于其所選用的切削參數(shù)不夠理想造成的，面對(duì)這一情況，他們就會(huì)減少某些參數(shù)。也就是說(shuō)，他們將會(huì)調(diào)低某些工藝參數(shù)。
他們所降低的某些特定參數(shù)可能是切削深度，也可能是速度和進(jìn)給率的組合參數(shù)，甚至是刀具的懸臂長(zhǎng)度。不管是什么參數(shù)，“下調(diào)”是獲得較好加工性能的一個(gè)靈活策略。經(jīng)驗(yàn)較為豐富的加工人員，在調(diào)節(jié)這些參數(shù)方面是非常熟練的，他們能夠?qū)⑦@些參數(shù)降低到必要的程度，以使其達(dá)到可接受的切削水平。在大多數(shù)加工車間中，采用這種降低加工參數(shù)的方法——這種折衷方案——被看作是操作人員的一種正確反應(yīng)。
然而，在高速加工中，采用這種降低加工參數(shù)的方法并不是正確的應(yīng)對(duì)措施。事實(shí)上，人們甚至發(fā)現(xiàn)這一做法是與高速加工的本質(zhì)背道而馳的。
參數(shù)本身是十分重要的，如切削深度、主軸轉(zhuǎn)速和刀具長(zhǎng)度都會(huì)影響到加工的性能。然而，當(dāng)一臺(tái)高速加工的機(jī)床發(fā)出的振顫聲，并反映出機(jī)床的加工性能表現(xiàn)不佳時(shí)，“下調(diào)”參數(shù)可能會(huì)適得其反。有許多采用高速加工中心的車間，就因此而白白浪費(fèi)了他們的實(shí)際生產(chǎn)能力，最終無(wú)法達(dá)到生產(chǎn)目標(biāo)。
在高速加工應(yīng)用領(lǐng)域中，為了達(dá)到更加穩(wěn)定的切削加工，很多廠家也許仍然需要采用參數(shù)“下調(diào)”的方式，但有一種更加有效的方法，即采用參數(shù)“上調(diào)”的方式。如果同時(shí)涉及到主軸轉(zhuǎn)速和刀具長(zhǎng)度這兩個(gè)參數(shù)，那么應(yīng)付振顫的更好答案將是提高其中的某一個(gè)參數(shù)。雖然這看起來(lái)有些奇怪，但實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，較高的主軸轉(zhuǎn)速和較低剛性的刀具，或者只占其一，都可允許機(jī)床處理更具侵略性的切削深度，因?yàn)檫@些變化使系統(tǒng)的振動(dòng)傾向更為和諧。凡是認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)的加工車間，都能理解高速加工的真正實(shí)質(zhì)，就是在主軸轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作，只憑直覺(jué)或經(jīng)驗(yàn)是無(wú)法確定的，不同的情況下都有不同的理想切削條件。現(xiàn)在有一個(gè)機(jī)加工車間對(duì)此十分了解，這個(gè)車間就是位于喬治亞州的Warner Robins空軍基地的一個(gè)分部。
軍工業(yè)中的銑削加工
這個(gè)能夠進(jìn)行快速反應(yīng)的車間是空軍第402維護(hù)大隊(duì)中第573產(chǎn)品維修中隊(duì)的一個(gè)分部。該加工車間的任務(wù)包括戰(zhàn)斗機(jī)和運(yùn)輸機(jī)更換備件的加工，全世界凡是飛往這個(gè)基地的所有飛機(jī)的替換件，都由其負(fù)責(zé)加工。這里的維修非常頻繁，因?yàn)檫@些飛機(jī)需要快速地返回行動(dòng)狀態(tài)，因此該車間往往需要根據(jù)有限的交貨時(shí)間要求，小批量生產(chǎn)一些復(fù)雜和關(guān)鍵的零部件。
編程員David Devore先生和Mike Estes先生說(shuō)，最初當(dāng)這一加工車間開(kāi)始使用高速加工中心時(shí)，他們對(duì)此一無(wú)所知，所以當(dāng)時(shí)該機(jī)床的使用效率非常低下。在使用這些機(jī)床進(jìn)行加工時(shí)，刀具經(jīng)常被折斷，其中包括3/4in（1in=25.4mm）的端面銑刀。從這一車間的反應(yīng)情況來(lái)看，只能是放慢某些加工項(xiàng)目的切削速度（圖1）。
圖1 Warner Robins公司的加工車間，在購(gòu)置其最高轉(zhuǎn)速
的高速機(jī)床后，開(kāi)始調(diào)研采用共振頻率的銑削加工情況
但是，當(dāng)該車間從Makino公司引進(jìn)和安裝其最高達(dá)30000r/min的MAG 3型高速加工中心時(shí)，他們對(duì)該機(jī)床進(jìn)行了“敲擊試驗(yàn)”。也就是說(shuō)，該車間采用一把靈敏的錘子，像打鐘那樣擊打主軸中安裝的刀具，以測(cè)試機(jī)床的振動(dòng)特性（圖2）。
圖2 對(duì)于一種特定組合的加工中心、刀柄和銑刀，采用“敲擊
試驗(yàn)”可以找到使金屬切削速度達(dá)到最高的主軸轉(zhuǎn)速和切削深度
