無振動的單刃深孔加工刀具

　　在使用了壓電減振的刀柄（adaptronischen Werkzeughalter）之后，能夠明顯地降低單刃深孔加工刀具的振動，從而也可以在保證質(zhì)量不變的情況下大大的提高深孔鉆削時的進給速度。壓電減振刀柄由于其在切削加工過程中很高的適應(yīng)匹配能力為提高生產(chǎn)能力提供了一個很好的解決方案。

　　深孔加工是一種加工長徑比（l/d）最大可達250的加工方法。在加工長徑比較大的孔時，當切削速度達到一定的數(shù)值時，由于刀具特殊的細長結(jié)構(gòu)常常會產(chǎn)生動態(tài)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。由此而帶來的振紋不僅影響了深孔加工的質(zhì)量，也縮短了深孔加工刀具的壽命。本文將介紹具有緩解、衰減扭振功能的壓電減振刀柄的研發(fā)和試驗情況，以及由此而得到的生產(chǎn)過程穩(wěn)定性。

　　在金屬切削加工中，例如在深孔鉆削加工中，提高進給量以減少機動加工工時是一個非常重要的目標。但是，大多數(shù)情況下卻會遇到刀具和機床振動的問題，從而使得進一步提高生產(chǎn)能力遇到了很大的阻力。從刀具方面來講，通過使用中心架或者跟刀架的措施來減小刀具彎曲的影響；但是迄今為止一直沒有很好的辦法來緩解扭矩要求的振動。

　　壓電刀柄系統(tǒng)能夠?qū)�單刃深�?font color="#0000ff">鉆頭的切削功率提高60％以上，且不會有切削刃的磨損、不會降低深孔加工的質(zhì)量

　　壓電式的刀柄系統(tǒng)能夠與切削加工的過程自動匹配 為了緩解扭振對提高生產(chǎn)能力的限制問題，ISF切削加工研究所研發(fā)了一種壓電式刀柄裝置（圖1）。由于壓電式刀柄系統(tǒng)有著很高的按照加工過程自動匹配的性能，因此這一方案在提高深孔加工生產(chǎn)能力方面提供了很大的潛力。在這一系統(tǒng)的研發(fā)過程中，需要能夠簡單方便的集成到現(xiàn)有的機床系統(tǒng)之中的，結(jié)構(gòu)緊湊、自給自足的功能單元。 

　　圖1 深孔加工用壓電式刀具連接裝置

　　由于自振的原因，深孔鉆削裝置的振動頻率很大，而深孔鉆削裝置的空間大小又不能太大，無法使用一般的減振裝置、緩沖裝置。隨著減振作用處距最大振幅位置之間的距離增加，在鉆孔深度逐漸增加的時候減振作用也逐步下降。而解決這一問題的方案就是采用一種具有扭轉(zhuǎn)特性的深孔鉆頭裝夾工具；從而實現(xiàn)整個深孔鉆削刀具長度上的振動頻率恒定不變，以至于在鉆到最大深度時還能夠從振動過程中回收一定的能量。

　　研發(fā)的系統(tǒng)是一個將機床主軸和刀具連接起來的離合裝置。這種“離合器”式的結(jié)構(gòu)使得機床主軸和刀具之間的相對移動成為可能。而對機床主軸和刀具之間相對移動的緩沖和緩解有利于實現(xiàn)深孔鉆削過程的穩(wěn)定性。這一系統(tǒng)由兩個可以相對旋轉(zhuǎn)的、相互套接在一起的“聯(lián)軸器”型零件組成。在機床、刀具各半的聯(lián)軸器圓柱形縫隙中，充滿了具有磁阻的、用于扭矩傳遞的液體（MRF）（圖2）。一般情況下，是利用具有承載能力的硅油做磁阻液的；其中可磁化的金屬微粒呈散亂排列狀。在受到磁場作用后，這些金屬顆粒整齊的按照磁場磁力線的方向排列起來形成了一條“金屬鏈”。 

　　圖2 機床（綠色）和刀具刀柄（紅色）中的壓電感應(yīng)減震連接主軸利用電流強度對減振緩沖性能進行調(diào)節(jié)

　　由于金屬鏈的形成，使得磁阻液在金屬鏈之間的流動比較困難，磁阻液的粘度也發(fā)生了變化。這種性能可以在液態(tài)和幾乎呈固態(tài)之間進行調(diào)節(jié)。

　　在實際應(yīng)用時，充滿MRF磁阻液的空間中安裝有產(chǎn)生磁場所需的線圈。通過對電流強度的調(diào)節(jié)，可以調(diào)節(jié)所需的壓電減振強度性能。而調(diào)節(jié)方式取決于不同的深孔鉆削過程。在出現(xiàn)扭矩引起的扭振時，可以在起動和制動兩種狀態(tài)之間調(diào)節(jié)離合連接的“軟和硬”，從而將內(nèi)部的摩擦轉(zhuǎn)化為熱量。為了采集當前工況的數(shù)據(jù)，即采集當前扭振振動的數(shù)據(jù)，在深孔鉆頭的壓電式刀柄中安裝了加速度傳感器。安裝的傳感器呈180°配置，以便能夠可靠的察覺到出現(xiàn)的扭振振動。加速度傳感器將深孔加工過程中檢測到的數(shù)據(jù)經(jīng)無線信號傳送裝置（Telemetrie）發(fā)送給檢測控制計算機，由它對檢測到的信號進行處理。在檢測信號處理計算機中，會對加速度傳感器發(fā)送來的信號進行過程分析。根據(jù)分析的結(jié)果，系統(tǒng)能夠自動的對勵磁電流進行調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)機械系統(tǒng)的調(diào)整使得深孔鉆削過程更加穩(wěn)定。調(diào)整后的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)。