激光扫描振动仪在钻削加工中的应用

　　为了在实验分析中避免外部的振动，采用了一种大质量的钢质测量台。首先须对单刃钻头的主轴和重心进行计算，以便钻头纵向振动方向能够直接对准钻头重心和两侧主轴的横向方向。针对在钻头纵向上的振动，振动器和单刃钻头相互对着被张紧在老虎台或带有衬皮和夹钳的夹具上。自由的钻头端部带有一个硬化了的振动尖顶，尖顶上设有一个Piezo测力传感器和一个铝质适配器。在与张紧力的作用下，这些装置可与振动器相连接。控制器通过一个放大器，把一个正弦信号和一个特定的频率带传送给在另一头对单刃钻头发起振动的振动器。测力传感器通过一个受载放大器，把力的信号反馈给控制器，而控制器则通过由激光扫描振动仪传来的与频率相关的行程变化信号，计算出模态参数。

图2  柔曲性在第一主轴方向（34）上的频率

　　图2所示φ11.76mm单刃深孔钻头在第一主轴方向（34）上遭遇振动时的柔曲性频率范围，其曲线符合传统的三位振动器的特征。由于三位分布涉及单刃钻具的钻头、钻杆和张紧套，因此这种实验方法是恰当的。880Hz自有模式易于识别，这是一个弯曲振动；而另一个自有模式为2000Hz的扭转振动。第三个典型的自有模式仍为弯曲振动，频率为3300Hz。为了便于比较，图3所示钻刀在进给方向上受到振动时单刃钻头的柔曲性频率范围。所测得的第一个自有模式为580Hz，第二个自有模式为850Hz。这些都属于弯曲振动。所观察到的在第一个主轴方向上的一种非典型的振动振幅为2000Hz的第一个扭转振动。极具典型的是2600Hz、3300Hz和3860Hz的自有模式，这些都是弯曲自振动。

图3  柔曲性在进给方向上的频率

　　从整体上看，频率越高，单刃钻刀的柔曲性就越强。由于振动器的振动力维持在恒定的水平，因此，可以说钻刀在较大的频率范围上的偏转性也较强。除了采用空心钻杆之外，单刃钻刀长度-直径的比例也较大，这降低了钻刀的刚性，增加了钻刀折断和振动振幅趋大的危险性。对各个测量点所作的模态实验分析的详细评价表明，在钻刀主轴的纵向和横向上的不同振动，在50~60Hz的频率范围内同样会产生较低的柔曲性频率。对于两种不同直径的单刃钻刀，所测得的自有模式和振动方式的详细列表见下表。

　　实验结果表明，针对不同的单刃钻刀，可以对系统动态性能作出明确的描述。通过测量所获得的对弯曲振动和扭转振动的认识，将来可以研发出一种适配式的调节系统，以对危险的作业振动进行调节。对此要特别注意所识别的扭转振动的出现，这是因为这种现象会造成刀具使用寿命的极大缩短和刀具可能的失灵。

　　单刃钻刀的模态参数可通过激光扫描振动仪得到快速和可靠的测量。研究结果表明，对弯曲自振动和扭转振动的区分是可以做到的。对此，需要在钻具表面上选择出回形的测量点矩阵。在柔曲性频率范围内出现的自有频率，在两个振动方向上几乎相同。除了能够可靠地测得模态参数的能力之外，激光扫描振动仪还可以实现对振动形式的可视化。通过此种措施，单刃钻刀在孔壁上的卡死过程即可得到澄清。此外，还可以设计出适配性的调节系统，这种系统可以识别出危险的作业振动并可对之进行调节。对此，需要掌握对钻进过程出现的作业振动的认识。下一个阶段研究的目标便是对单刃钻刀的自有振动模式进行识别，以了解刀具在钻进过程中所出现的载荷和变形的情况。【完】

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