壓電刀柄系統(tǒng)能夠?qū)稳猩羁足@頭切削功率提高60％以上，且不會有切削刃磨損、不會降低深孔加工質(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，從而也可以保證質(zhì)量不變情況下大大提高深孔鉆削時進(jìn)給速度。壓電減振刀柄由于其切削加工過程很高適應(yīng)匹配能力為提高生產(chǎn)能力提供了一個很好解決方案。
　　深孔加工一種加工長徑比（l/d）最大可達(dá)250加工方法。加工長徑比較大孔時，當(dāng)切削速度達(dá)到一定數(shù)值時，由于刀具特殊細(xì)長結(jié)構(gòu)常常會產(chǎn)生動態(tài)不穩(wěn)定現(xiàn)象。由此而帶來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)動加工工時一個非常重要目標(biāo)。但，大多數(shù)情況下卻會遇到刀具機(jī)床振動問題，從而使得進(jìn)一步提高生產(chǎn)能力遇到了很大阻力。從刀具方面來講，通過使用心架或者跟刀架措施來減小刀具彎曲影響；但迄今為止一直沒有很好辦法來緩解扭矩要求振動。
　　為了緩解扭振對提高生產(chǎn)能力限制問題，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程自動匹配性能，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)過程，需要能夠簡單方便集成到現(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，深孔鉆削裝置振動頻率很大，而深孔鉆削裝置空間大小又不能太大，無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候減振作用也逐步下降。而解決這一問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)整個深孔鉆削刀具長度上振動頻率恒定不變，以至于鉆到最大深度時還能夠從振動過程回收一定能量。
　　研發(fā)系統(tǒng)一個將機(jī)床主軸刀具連接起來離合裝置。這種“離合器”式結(jié)構(gòu)使得機(jī)床主軸刀具之間相對移動成為可能。而對機(jī)床主軸刀具之間相對移動緩沖緩解有利于實(shí)現(xiàn)深孔鉆削過程穩(wěn)定性。這一系統(tǒng)由兩個可以相對旋轉(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。受到磁場作用后，這些金屬顆粒整齊按照磁場磁力線方向排列起來形成了一條“金屬鏈”。
　　利用電流強(qiáng)度對減振緩沖性能進(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，充滿MRF磁阻液空間安裝有產(chǎn)生磁場所需線圈。通過對電流強(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程。出現(xiàn)扭矩引起扭振時，可以起動制動兩種狀態(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，以便能夠可靠察覺到出現(xiàn)扭振振動。加速度傳感器將深孔加工過程檢測到數(shù)據(jù)經(jīng)無線信號傳送裝置（Telemetrie）發(fā)送給檢測控制計(jì)算機(jī)，由它對檢測到信號進(jìn)行處理。檢測信號處理計(jì)算機(jī)，會對加速度傳感器發(fā)送來信號進(jìn)行過程分析。根據(jù)分析結(jié)果，系統(tǒng)能夠自動對勵磁電流進(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，從而完成了一個閉式控制循環(huán)。
　　為使實(shí)現(xiàn)深孔鉆削過程穩(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程狀態(tài)數(shù)據(jù)功能。這第二級刀柄，同樣也安裝了加速度傳感器無線數(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試驗(yàn)有著相同試驗(yàn)條件。
　　兩種刀柄一系列對比試驗(yàn)數(shù)據(jù)都由檢測計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)評判。評判依據(jù)傳感器檢測到電壓數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行換算可以實(shí)現(xiàn)一系列檢測數(shù)據(jù)對比。鉆削過程狀態(tài)用10kHz頻率進(jìn)行檢測，每個傳感器、每秒鐘1組10000個數(shù)據(jù)為1個單位傳遞給數(shù)據(jù)分析軟件。基于這些數(shù)據(jù)，F(xiàn)ast-Fourier-Transformation軟件對整個信號自振頻率部分進(jìn)行分析。根據(jù)頻率分析結(jié)果，可以確定某一信號否一個扭振信號（干擾信號），或者單個頻率峰值信號否已經(jīng)得到了衰減。
　　深孔鉆頭自振頻率測定
　　根據(jù)對所使用鉆削刀具扭轉(zhuǎn)振動自振頻率關(guān)系分析，可以確定采集扭轉(zhuǎn)振動強(qiáng)度非常有意義頻率范圍。通過對扭轉(zhuǎn)曲線下不同鉆孔過程面積計(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)動工時，所以要對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。
　　完成數(shù)據(jù)評判之后，可以開始對壓電式刀柄使用情況按照鉆削過程進(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，以便通過幾種不同等級機(jī)械系統(tǒng)變型將自振頻率推移，從而使得深孔鉆削過程更加穩(wěn)定。
　　三種方案試驗(yàn)驗(yàn)證
　　除了上面介紹扭轉(zhuǎn)振動衰減方案以外，還有一種減少扭振方案就簡單“電流減半”法，即只要發(fā)現(xiàn)了扭轉(zhuǎn)振動，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)扭矩振動消失以后，才重新回復(fù)到原來設(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)振動時扭轉(zhuǎn)振動衰減潛力。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試驗(yàn)條件都相同，使用同一類型深孔加工刀具。鉆削時切削工藝參數(shù)選用生產(chǎn)廠家推薦數(shù)值，被加工材料34CrNiMo6，材料編號為1.6582。
　　通過相同切削參數(shù)下加工時序?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第一次扭振；即把鉆削開始時出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)振動幾乎全部衰減。同時，接近鉆削過程結(jié)束時出現(xiàn)第二次扭轉(zhuǎn)振動范圍也明顯衰減了。
　　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，扭振衰減率達(dá)62％。對于可調(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時優(yōu)點(diǎn)最明顯。各種進(jìn)給量情況下對扭轉(zhuǎn)振動強(qiáng)度測試表明：小進(jìn)給量條件下對穩(wěn)定深孔鉆削過程有著很好作用。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時有著比剛性刀具進(jìn)給量0.03mm時更好深孔加工穩(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
　　使用了壓電式刀柄之后可以明顯降低深孔加工時切削扭矩突變而引起振動，能夠保證生產(chǎn)過程穩(wěn)定性同時明顯提高進(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)也通過壓電刀柄調(diào)節(jié)、控制程序語言得到了注明，多層次調(diào)節(jié)控制程序有著比簡單調(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。
　　
　　
　　信息來源：MM10-13 總536期