壓電刀柄系統(tǒng)能夠?qū)稳猩羁足@頭切削功率提高60％以上，且不會(huì)有切削刃磨損、不會(huì)降低深孔加工質(zhì)量
　　使用了壓電減振刀柄（adaptronischen Werkzeughalter）之后，能夠明顯地降低單刃深孔加工刀具振動(dòng)，從而也可以保證質(zhì)量不變情況下大大提高深孔鉆削時(shí)進(jìn)給速度。壓電減振刀柄由于其切削加工過(guò)程很高適應(yīng)匹配能力為提高生產(chǎn)能力提供了一個(gè)很好解決方案。
　　深孔加工一種加工長(zhǎng)徑比（l/d）最大可達(dá)250加工方法。加工長(zhǎng)徑比較大孔時(shí)，當(dāng)切削速度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，由于刀具特殊細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)常常會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定現(xiàn)象。由此而帶來(lái)振紋不僅影響了深孔加工質(zhì)量，也縮短了深孔加工刀具壽命。本文將介紹具有緩解、衰減扭振功能壓電減振刀柄研發(fā)試驗(yàn)情況，以及由此而得到生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定性。
　　金屬切削加工，例如深孔鉆削加工，提高進(jìn)給量以減少機(jī)動(dòng)加工工時(shí)一個(gè)非常重要目標(biāo)。但，大多數(shù)情況下卻會(huì)遇到刀具機(jī)床振動(dòng)問(wèn)題，從而使得進(jìn)一步提高生產(chǎn)能力遇到了很大阻力。從刀具方面來(lái)講，通過(guò)使用心架或者跟刀架措施來(lái)減小刀具彎曲影響；但迄今為止一直沒(méi)有很好辦法來(lái)緩解扭矩要求振動(dòng)。
　　為了緩解扭振對(duì)提高生產(chǎn)能力限制問(wèn)題，ISF切削加工研究所研發(fā)了一種壓電式刀柄裝置。由于壓電式刀柄系統(tǒng)有著很高按照加工過(guò)程自動(dòng)匹配性能，因此這一方案提高深孔加工生產(chǎn)能力方面提供了很大潛力。這一系統(tǒng)研發(fā)過(guò)程，需要能夠簡(jiǎn)單方便集成到現(xiàn)有機(jī)床系統(tǒng)之，結(jié)構(gòu)緊湊、自給自足功能單元。
　　由于自振原因，深孔鉆削裝置振動(dòng)頻率很大，而深孔鉆削裝置空間大小又不能太大，無(wú)法使用一般減振裝置、緩沖裝置。隨著減振作用處距最大振幅位置之間距離增加，鉆孔深度逐漸增加時(shí)候減振作用也逐步下降。而解決這一問(wèn)題方案就采用一種具有扭轉(zhuǎn)特性深孔鉆頭裝夾工具；從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)深孔鉆削刀具長(zhǎng)度上振動(dòng)頻率恒定不變，以至于鉆到最大深度時(shí)還能夠從振動(dòng)過(guò)程回收一定能量。
　　研發(fā)系統(tǒng)一個(gè)將機(jī)床主軸刀具連接起來(lái)離合裝置。這種“離合器”式結(jié)構(gòu)使得機(jī)床主軸刀具之間相對(duì)移動(dòng)成為可能。而對(duì)機(jī)床主軸刀具之間相對(duì)移動(dòng)緩沖緩解有利于實(shí)現(xiàn)深孔鉆削過(guò)程穩(wěn)定性。這一系統(tǒng)由兩個(gè)可以相對(duì)旋轉(zhuǎn)、相互套接一起“聯(lián)軸器”型零件組成。機(jī)床、刀具各半聯(lián)軸器圓柱形縫隙，充滿了具有磁阻、用于扭矩傳遞液體（MRF）。一般情況下，利用具有承載能力硅油做磁阻液；其可磁化金屬微粒呈散亂排列狀。受到磁場(chǎng)作用后，這些金屬顆粒整齊按照磁場(chǎng)磁力線方向排列起來(lái)形成了一條“金屬鏈”。
　　利用電流強(qiáng)度對(duì)減振緩沖性能進(jìn)行調(diào)節(jié)
　　由于金屬鏈形成，使得磁阻液金屬鏈之間流動(dòng)比較困難，磁阻液粘度也發(fā)生了變化。這種性能可以液態(tài)幾乎呈固態(tài)之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。
　　實(shí)際應(yīng)用時(shí)，充滿MRF磁阻液空間安裝有產(chǎn)生磁場(chǎng)所需線圈。通過(guò)對(duì)電流強(qiáng)度調(diào)節(jié)，可以調(diào)節(jié)所需壓電減振強(qiáng)度性能。而調(diào)節(jié)方式取決于不同深孔鉆削過(guò)程。出現(xiàn)扭矩引起扭振時(shí)，可以起動(dòng)制動(dòng)兩種狀態(tài)之間調(diào)節(jié)離合連接“軟硬”，從而將內(nèi)部摩擦轉(zhuǎn)化為熱量。為了采集當(dāng)前工況數(shù)據(jù)，即采集當(dāng)前扭振振動(dòng)數(shù)據(jù)，深孔鉆頭壓電式刀柄安裝了加速度傳感器。安裝傳感器呈180°配置，以便能夠可靠察覺(jué)到出現(xiàn)扭振振動(dòng)。加速度傳感器將深孔加工過(guò)程檢測(cè)到數(shù)據(jù)經(jīng)無(wú)線信號(hào)傳送裝置（Telemetrie）發(fā)送給檢測(cè)控制計(jì)算機(jī)，由它對(duì)檢測(cè)到信號(hào)進(jìn)行處理。檢測(cè)信號(hào)處理計(jì)算機(jī)，會(huì)對(duì)加速度傳感器發(fā)送來(lái)信號(hào)進(jìn)行過(guò)程分析。根據(jù)分析結(jié)果，系統(tǒng)能夠自動(dòng)對(duì)勵(lì)磁電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)調(diào)整使得深孔鉆削過(guò)程更加穩(wěn)定。調(diào)整后效果再次被加速度傳感器所監(jiān)測(cè)，從而完成了一個(gè)閉式控制循環(huán)。
　　為使實(shí)現(xiàn)深孔鉆削過(guò)程穩(wěn)定性定量化控制，這一解決方案還研發(fā)了第二種裝夾深孔鉆頭刀具夾持器；它同樣也具有采集鉆削過(guò)程狀態(tài)數(shù)據(jù)功能。這第二級(jí)刀柄，同樣也安裝了加速度傳感器無(wú)線數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)。利用這一壓電刀柄也按照第一種刀柄相同切削參數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)；即一系列扭振水平檢測(cè)試驗(yàn)有著相同試驗(yàn)條件。
　　兩種刀柄一系列對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)都由檢測(cè)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)評(píng)判。評(píng)判依據(jù)傳感器檢測(cè)到電壓數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行換算可以實(shí)現(xiàn)一系列檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比。鉆削過(guò)程狀態(tài)用10kHz頻率進(jìn)行檢測(cè)，每個(gè)傳感器、每秒鐘1組10000個(gè)數(shù)據(jù)為1個(gè)單位傳遞給數(shù)據(jù)分析軟件。基于這些數(shù)據(jù)，F(xiàn)ast-Fourier-Transformation軟件對(duì)整個(gè)信號(hào)自振頻率部分進(jìn)行分析。根據(jù)頻率分析結(jié)果，可以確定某一信號(hào)否一個(gè)扭振信號(hào)（干擾信號(hào)），或者單個(gè)頻率峰值信號(hào)否已經(jīng)得到了衰減。
　　深孔鉆頭自振頻率測(cè)定
　　根據(jù)對(duì)所使用鉆削刀具扭轉(zhuǎn)振動(dòng)自振頻率關(guān)系分析，可以確定采集扭轉(zhuǎn)振動(dòng)強(qiáng)度非常有意義頻率范圍。通過(guò)對(duì)扭轉(zhuǎn)曲線下不同鉆孔過(guò)程面積計(jì)算，能夠?qū)Σ煌囼?yàn)系列數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。因?yàn)椴煌M(jìn)給速度下有不同機(jī)動(dòng)工時(shí)，所以要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。
　　完成數(shù)據(jù)評(píng)判之后，可以開(kāi)始對(duì)壓電式刀柄使用情況按照鉆削過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)。理想情況能夠?qū)Φ毒邐A持器傳遞扭矩進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得機(jī)械系統(tǒng)有幾種變型，以便通過(guò)幾種不同等級(jí)機(jī)械系統(tǒng)變型將自振頻率推移，從而使得深孔鉆削過(guò)程更加穩(wěn)定。
　　三種方案試驗(yàn)驗(yàn)證
　　除了上面介紹扭轉(zhuǎn)振動(dòng)衰減方案以外，還有一種減少扭振方案就簡(jiǎn)單“電流減半”法，即只要發(fā)現(xiàn)了扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，就把電流強(qiáng)度減少一半。但這一減半措施始終保持深孔鉆削系統(tǒng)有足夠輸出扭矩。當(dāng)扭矩振動(dòng)消失以后，才重新回復(fù)到原來(lái)設(shè)定值。除了電流調(diào)節(jié)工況以外，這種壓電式刀柄還輔助最大電流強(qiáng)度下工作，以便能夠采集到?jīng)]有扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)衰減潛力。下面將分別介紹一下三種不同減振方案減振效果。三種不同減振方案檢測(cè)試驗(yàn)條件都相同，使用同一類型深孔加工刀具。鉆削時(shí)切削工藝參數(shù)選用生產(chǎn)廠家推薦數(shù)值，被加工材料34CrNiMo6，材料編號(hào)為1.6582。
　　通過(guò)相同切削參數(shù)下加工時(shí)序?qū)Ρ龋梢郧宄吹绞褂昧藟弘姷侗鷾p振方案明顯衰減了深孔鉆削時(shí)第一次扭振；即把鉆削開(kāi)始時(shí)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)幾乎全部衰減。同時(shí)，接近鉆削過(guò)程結(jié)束時(shí)出現(xiàn)第二次扭轉(zhuǎn)振動(dòng)范圍也明顯衰減了。
　　扭振衰減改進(jìn)最大采用非調(diào)節(jié)式壓電刀柄（恒定最大電流強(qiáng)度，最大傳遞扭矩）切削速度為70?m/mim，每轉(zhuǎn)進(jìn)給量為0.02?mm時(shí)，扭振衰減率達(dá)62％。對(duì)于可調(diào)節(jié)壓電刀柄，切削速度為70?m/mim，每轉(zhuǎn)進(jìn)給量為0.03?mm時(shí)扭振衰減率可達(dá)55％。相比較，使用壓電刀柄之后切削速度50?m/min70?m/min時(shí)優(yōu)點(diǎn)最明顯。各種進(jìn)給量情況下對(duì)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)強(qiáng)度測(cè)試表明：小進(jìn)給量條件下對(duì)穩(wěn)定深孔鉆削過(guò)程有著很好作用。橫向比較得出結(jié)果：使用了可調(diào)節(jié)壓電刀柄后切削速度50m/min、進(jìn)給量0.05mm時(shí)有著比剛性刀具進(jìn)給量0.03mm時(shí)更好深孔加工穩(wěn)定性。由此可以得出結(jié)論：使用壓電刀柄之后，這一深孔加工條件下生產(chǎn)效率可以提高67％，而且不會(huì)出現(xiàn)類似刀具磨損增加、深孔加工質(zhì)量降低等不良影響。
　　壓電式刀柄降低扭矩突變引起振動(dòng)
　　使用了壓電式刀柄之后可以明顯降低深孔加工時(shí)切削扭矩突變而引起振動(dòng)，能夠保證生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定性同時(shí)明顯提高進(jìn)給量。但，不所有深孔加工工況下都采用可調(diào)節(jié)壓電刀柄能夠得到最好效果，有些工況下采用不可調(diào)節(jié)壓電刀柄反而更好。這一點(diǎn)也通過(guò)壓電刀柄調(diào)節(jié)、控制程序語(yǔ)言得到了注明，多層次調(diào)節(jié)控制程序有著比簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)控制程序更大提高效率潛力。從而也提供了付出不多情況下得到更好結(jié)果：深孔加工有著更大優(yōu)化潛力可以挖掘。
　　
　　
　　信息來(lái)源：MM10-13 總536期