在采用單刃鉆具對(duì)鎳基合金進(jìn)行深孔鉆削作業(yè)時(shí),刀具振動(dòng)現(xiàn)象會(huì)帶來很大的影響。這種動(dòng)態(tài)載荷的結(jié)果將是鉆孔的質(zhì)量差和刀具的使用壽命短。因此,本文將首先會(huì)介紹有關(guān)單刃鉆孔實(shí)況振動(dòng)分析測(cè)量的方法,然后對(duì)單刃鉆具的自有模型研究中的試驗(yàn)結(jié)果作一個(gè)比較和探討。
在采用單刃鉆具對(duì)鎳基合金進(jìn)行深鉆孔時(shí),刀具振動(dòng)會(huì)造成很大的麻煩。在V型切削槽上,瘦長(zhǎng)的成型和抗彎剛性降低,這些都會(huì)對(duì)深孔刀具在鉆孔過程中的穩(wěn)定性造成不良的影響。耐熱性強(qiáng)的鎳基合金的難切削性能,可使刀刃受到額外的強(qiáng)大機(jī)械載荷。這種動(dòng)態(tài)載荷所帶來的結(jié)果便是鉆孔的質(zhì)量變差,刀具的使用壽命縮短。為了避免將來作業(yè)地不穩(wěn)定(例如采用Adaptive Control),首先需要對(duì)單刃鉆具在鉆孔作業(yè)過程中的振動(dòng)狀態(tài)作一個(gè)了解。這里需要對(duì)外部所引發(fā)的振動(dòng)和所出現(xiàn)的自振動(dòng)進(jìn)行區(qū)分。對(duì)此,下面將對(duì)單刃鉆孔實(shí)況振動(dòng)分析的測(cè)量方法作一個(gè)介紹,并對(duì)單刃鉆具的自有模型研究中的試驗(yàn)結(jié)果作一個(gè)比較和探討。
實(shí)況振動(dòng)分析的目的在于,要對(duì)鉆孔過程中單刃鉆具上所出現(xiàn)的振動(dòng)進(jìn)行辨析。Braunschweig技術(shù)大學(xué)機(jī)床與加工技術(shù)學(xué)院(IWF)所進(jìn)行的試驗(yàn)采用了兩種不同的測(cè)量方法和測(cè)量裝置。首先,要在鉆孔過程中采用Kistler公司9272型四元測(cè)力計(jì)測(cè)出力的信號(hào)來源,做一個(gè)振動(dòng)技術(shù)試驗(yàn)。通過FFT分析,將時(shí)間范圍上所測(cè)得的力信號(hào)轉(zhuǎn)化到頻率范圍。此外,為了在整個(gè)鉆孔過程中實(shí)現(xiàn)不同的實(shí)況分析,把鉆孔過程劃分為三個(gè)階段,即鉆進(jìn)、鉆穿和退回。通過這種方式,可以準(zhǔn)確地測(cè)量和劃分出各個(gè)鉆孔階段的振動(dòng)特征。
加工中心的單刃鉆孔通常在鉆進(jìn)時(shí)采取由工件上的先導(dǎo)孔進(jìn)行導(dǎo)向,但為了在試驗(yàn)中對(duì)鉆孔階段進(jìn)行必要的區(qū)分,則在開始鉆進(jìn)時(shí),在工件的前方設(shè)置一塊鋼板,由此來引導(dǎo)單刃鉆具進(jìn)入孔內(nèi)。在帶有導(dǎo)向孔的鋼板和工件之間有一個(gè)1~2mm的空間,從振動(dòng)的角度把兩個(gè)區(qū)域隔離開。為了避免摩擦力和鉆孔過程中過多地提高單刃鉆具的導(dǎo)向穩(wěn)定性,采用了直徑比鉆頭大0.1mm的導(dǎo)向孔。此外,導(dǎo)向孔的兩側(cè)設(shè)有筋模,以便在鉆孔過程中只與單刃鉆具發(fā)生線接觸,而不發(fā)生面接觸。通過振動(dòng)技術(shù)角度的脫鉤,可以把作用在帶有導(dǎo)向孔鋼板上的極小工作力和鉆矩傳遞到基座上,而不傳導(dǎo)到測(cè)力計(jì)上(圖1)。上部振動(dòng)的質(zhì)量(工件和測(cè)力計(jì))與單刃鉆具的質(zhì)量相比要大許多。由此可以在作業(yè)過程中避免外部引起的振動(dòng)。
對(duì)測(cè)量信號(hào)的接收是直接通過工件后面的測(cè)力計(jì)進(jìn)行的,而非在切削作業(yè)影響點(diǎn)的附近。較高的系統(tǒng)質(zhì)量無疑會(huì)導(dǎo)致較高的系統(tǒng)阻尼,即按照這種方式所測(cè)得的過程振動(dòng)總體上會(huì)比較低。為了避免這種頻率漂移的現(xiàn)象應(yīng)盡可能地直接在作用點(diǎn)上進(jìn)行測(cè)量,實(shí)現(xiàn)了第二種試驗(yàn),即在起鉆、鉆穿和退回的整個(gè)過程中,對(duì)單刃鉆頭作了幾乎與環(huán)境的完全振動(dòng)技術(shù)隔絕,測(cè)量采用加速接收器進(jìn)行(圖2)。