激光掃描振動儀在鉆削加工中的應用

　　為了在實驗分析中避免外部的振動，采用了一種大質量的鋼質測量臺。首先須對單刃鉆頭的主軸和重心進行計算，以便鉆頭縱向振動方向能夠直接對準鉆頭重心和兩側主軸的橫向方向。針對在鉆頭縱向上的振動，振動器和單刃鉆頭相互對著被張緊在老虎臺或帶有襯皮和夾鉗的夾具上。自由的鉆頭端部帶有一個硬化了的振動尖頂，尖頂上設有一個Piezo測力傳感器和一個鋁質適配器。在與張緊力的作用下，這些裝置可與振動器相連接。控制器通過一個放大器，把一個正弦信號和一個特定的頻率帶傳送給在另一頭對單刃鉆頭發起振動的振動器。測力傳感器通過一個受載放大器，把力的信號反饋給控制器，而控制器則通過由激光掃描振動儀傳來的與頻率相關的行程變化信號，計算出模態參數。

圖2  柔曲性在第一主軸方向（34）上的頻率

　　圖2所示φ11.76mm單刃深孔鉆頭在第一主軸方向（34）上遭遇振動時的柔曲性頻率范圍，其曲線符合傳統的三位振動器的特征。由于三位分布涉及單刃鉆具的鉆頭、鉆桿和張緊套，因此這種實驗方法是恰當的。880Hz自有模式易于識別，這是一個彎曲振動；而另一個自有模式為2000Hz的扭轉振動。第三個典型的自有模式仍為彎曲振動，頻率為3300Hz。為了便于比較，圖3所示鉆刀在進給方向上受到振動時單刃鉆頭的柔曲性頻率范圍。所測得的第一個自有模式為580Hz，第二個自有模式為850Hz。這些都屬于彎曲振動。所觀察到的在第一個主軸方向上的一種非典型的振動振幅為2000Hz的第一個扭轉振動。極具典型的是2600Hz、3300Hz和3860Hz的自有模式，這些都是彎曲自振動。

圖3  柔曲性在進給方向上的頻率

　　從整體上看，頻率越高，單刃鉆刀的柔曲性就越強。由于振動器的振動力維持在恒定的水平，因此，可以說鉆刀在較大的頻率范圍上的偏轉性也較強。除了采用空心鉆桿之外，單刃鉆刀長度-直徑的比例也較大，這降低了鉆刀的剛性，增加了鉆刀折斷和振動振幅趨大的危險性。對各個測量點所作的模態實驗分析的詳細評價表明，在鉆刀主軸的縱向和橫向上的不同振動，在50~60Hz的頻率范圍內同樣會產生較低的柔曲性頻率。對于兩種不同直徑的單刃鉆刀，所測得的自有模式和振動方式的詳細列表見下表。

　　實驗結果表明，針對不同的單刃鉆刀，可以對系統動態性能作出明確的描述。通過測量所獲得的對彎曲振動和扭轉振動的認識，將來可以研發出一種適配式的調節系統，以對危險的作業振動進行調節。對此要特別注意所識別的扭轉振動的出現，這是因為這種現象會造成刀具使用壽命的極大縮短和刀具可能的失靈。

　　單刃鉆刀的模態參數可通過激光掃描振動儀得到快速和可靠的測量。研究結果表明，對彎曲自振動和扭轉振動的區分是可以做到的。對此，需要在鉆具表面上選擇出回形的測量點矩陣。在柔曲性頻率范圍內出現的自有頻率，在兩個振動方向上幾乎相同。除了能夠可靠地測得模態參數的能力之外，激光掃描振動儀還可以實現對振動形式的可視化。通過此種措施，單刃鉆刀在孔壁上的卡死過程即可得到澄清。此外，還可以設計出適配性的調節系統，這種系統可以識別出危險的作業振動并可對之進行調節。對此，需要掌握對鉆進過程出現的作業振動的認識。下一個階段研究的目標便是對單刃鉆刀的自有振動模式進行識別，以了解刀具在鉆進過程中所出現的載荷和變形的情況。【完】

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