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深孔刀具的應用

深孔刀具的應用

    在使用了壓電減振刀柄之後,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量不變的情況下大大的提高深孔鑽削時的進給速度。壓電減振刀柄由于其在切削加工過程中很高的适應匹配能力,為提高生産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)較大可達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值時,由于刀具特殊的細長結構常常會産生動态不穩定的現象。由此而帶來的振紋不僅影響了深孔加工的質量,也縮短了深孔加工刀具的壽命。本文将介紹具有緩解、衰減扭振功能的壓電減振刀柄的研發和試驗情況,以及由此而得到的生産過程穩定性。

    在金屬切削加工中,例如在深孔鑽削加工中,提高進給量以減少機動加工工時是一個非常重要的目标。但是,大多數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産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。

    壓電式的刀柄系統能夠與切削加工的過程自動匹配為了緩解扭振對提高生産能力的限制問題,ISF切削加工研究所研發了一種壓電式刀柄裝置。由于壓電式刀柄系統有着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産能力方面提供了很大的潛力。在這一系統的研發過程中,需要能夠簡單方便的集成到現有的機床系統之中的,結構緊湊、自給自足的功能單元。

    由于自振的原因,深孔鑽削裝置的振動頻率很大,而深孔鑽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。随着減振作用處距較大振幅位置之間的距離增加,在鑽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特性的深孔鑽頭裝夾工具;從而實現整個深孔鑽削刀具長度上的振動頻率恒定不變,以至于在鑽到較大深度時還能夠從振動過程中回收一定的能量。

    研發的系統是一個将機床主軸和刀具連接起來的離合裝置。這種“離合器”式的結構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深孔鑽削過程的穩定性。這一系統由兩個可以相對旋轉的、相互套接在一起的“聯軸器”型零件組成。在機床、刀具各半的聯軸器圓柱形縫隙中,充滿了具有磁阻的、用于扭矩傳遞的液體(MRF)。一般情況下,是利用具有承載能力的矽油做磁阻液的;其中可磁化的金屬微粒呈散亂排列狀。在受到磁場作用後,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“金屬鍊”。

    利用電流強度對減振緩沖性能進行調節由于金屬鍊的形成,使得磁阻液在金屬鍊之間的流動比較困難,磁阻液的粘度也發生了變化。這種性能可以在液态和幾乎呈固态之間進行調節。

    在實際應用時,充滿MRF磁阻液的空間中安裝有産生磁場所需的線圈。通過對電流強度的調節,可以調節所需的壓電減振強度性能。而調節方式取決于不同的深孔鑽削過程。在出現扭矩引起的扭振時,可以在起動和制動兩種狀态之間調節離合連接的“軟和硬”,從而将内部的摩擦轉化為熱量。為了采集當前工況的數據,即采集當前扭振振動的數據,在深孔鑽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的扭振振動。加速度傳感器将深孔加工過程中檢測到的數據經無線信号傳送裝置發送給檢測控制計算機,由它對檢測到的信号進行處理。在檢測信号處理計算機中,會對加速度傳感器發送來的信号進行過程分析。根據分析的結果,系統能夠自動的對勵磁電流進行調節,從而實現機械系統的調整使得深孔鑽削過程更加穩定。調整後的效果再次被加速度傳感器所監測,從而完成了一個閉式控制循環。


    壓電式刀柄降低扭矩突變引起的振動在使用了壓電式刀柄之後可以明顯的降低深孔加工時切削扭矩突變而引起的振動,能夠在保證生産過程穩定性的同時明顯的提高進給量。但是,不是在所有深孔加工工況下都采用可調節的壓電刀柄能夠得到較好的效果,有些工況下采用不可調節的壓電刀柄反而更好。這一點也通過壓電刀柄調節、控制的程序語言中得到了注明,多層次的調節控制程序有着比簡單調節控制程序更大的提高效率的潛力。從而也提供了在付出不多的情況下得到更好的結果:深孔加工中有着更大的優化潛力可以挖掘。

    一拓深孔刀具品質優,應用廣泛。

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