對于高速加工维似，可能需要對加工過程進行與直覺相對立的調(diào)整民效。在發(fā)生顫振時区岗，人們自然的反應是降低主軸轉速臀防，但事實上增加轉速卻是一種生產(chǎn)率更高的解決方法眠菇。對顫振問題另一種經(jīng)常想到的方法是換用一種長徑比較低的刀具，因為人們認為較短的刀具韌度較高袱衷。但是捎废，在某些情況下笑窜，長度較高的刀具卻可以提供更好的加工操作。

　　這些現(xiàn)象的第一種登疗，即顫振和轉速之間的關系排截，已經(jīng)被許多車間理解，包括那些經(jīng)常使用這種知識的車間在內(nèi)辐益。主軸轉速断傲、刀夾和切削刀具的每個不同組合都代表了一種特別的有它自己固有（多個）穩(wěn)定特征頻率的動態(tài)系統(tǒng)。進行這樣的銑削-使切削刃沖擊速度幾乎與這些諧振頻率之一匹配智政，且刀具可以（比更快或更慢速度可以切削的切深）更高的切深進行平滑切削层筹。那些已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些“有效擊球點”可以為其加工過程產(chǎn)生什么樣的好處的加工車間不愿意降低主軸轉速來避免顫振，他們卻用可利用的最高穩(wěn)定速度來實現(xiàn)較高的材料去除率清截。

　　在顫振和刀具懸伸方面也存在一定的關系风踪，而這種關系卻沒有得到人們的青睞。在這里刀具懸伸被定義為刀具突出刀夾的長度弧蜒。彈簧夾和熱收縮配合刀夾提供了改變刀具懸伸長度的自由度荒懒。利用這種變化，那些已經(jīng)用固有的穩(wěn)定主軸轉速進行高速加工的車間可以實現(xiàn)甚至更高的生產(chǎn)率峭跺。

　　以穩(wěn)定主軸轉速進行加工所存在的一個限制是装芬，過程的最高速度一般沒有使用，而最高金屬去除率卻產(chǎn)生于最高穩(wěn)定轉速新罗，因為在這種速度下可以產(chǎn)生高得多的切深援栗。最高轉速和最高穩(wěn)定速度是兩個不同的數(shù)值。但卻不一定非要這樣训奢。改變刀具懸伸長度會改變整個系統(tǒng)帘惜，因此會改變特征頻率。因此饼暑，為什么不通過選擇精確刀具懸伸-讓“有效擊球點”正好落在主軸最高轉速處-而對系統(tǒng)進行“調(diào)諧”呢稳析？

　　有一個開發(fā)這種加工過程微調(diào)方法的研究者名叫Tony Schmitz，他是佛羅里達機床研究中心大學的助理教授弓叛。Schmitz教授將這種調(diào)諧稱為“敏感性匹配亞結構分析”彰居。他所工作的機構是一個高速加工研究中心，具有一個實驗室撰筷，除了其它資源外還包括一臺英格索爾（Ingersoll）高速加工中心陈惰。

　　為了確定對于某個給定應用場合的最佳刀具懸伸，Schmitz博士進行了一種“敲打實驗”-類似于某些車間為了找出自己最佳轉速而進行的實驗毕籽。在該實驗中抬闯，要在組成加工系統(tǒng)的機床和刀具組合體上附裝一個傳感器，同時還有一個用于敲打該系統(tǒng)的精巧的錘子以及用于測量頻率響應的分析工具关筒。Schmitz博士首先在刀夾中沒有裝刀的情況下進行了這種實驗溶握。然后進行第二實驗來評價刀夾和刀具之間連接中的韌性和阻尼杯缺。當這些都知道以后，刀具本身就很簡單睡榆，它對頻率響應所起的作用就可以用數(shù)學方式進行模型制作了夺谁。有了所有這些信息，Schmitz博士就可以計算特定的懸伸長度-允許該特定系統(tǒng)在靠近主軸最大轉速處進行較深的切削而不發(fā)生顫振現(xiàn)象的懸伸長度以息。

　　Schmitz教授當然知道固荷，只有少數(shù)車間知道如何對自己的機床進行敲打實驗，甚至更少的車間擁有計算最佳懸伸長度所必需的振動知識兴题。但是应婴，他在不同應用領域實施的刀具微調(diào)研究，對何時增加刀具長度提供了總體的方法噩檬，且這種方法不需要數(shù)學方面的深層理解林邪。這種研究可以為那些當前利用低顫振轉速的車間提供幫助，同時還可以對那些努力將高主軸速度與高長徑比結合起來的車間提供幫助肾轨。

　　“有效擊球點”基礎

　　那些理解如何以低顫振轉速進行操作的車間趨向于為航空工業(yè)服務初禁。這其中有大量的理由。這些車間主要加工鋁材-一種可以同時以高轉速和切深進行加工的材料档徘，條件是該加工過程可以一次實現(xiàn)這兩個參數(shù)棘魏。

　　此外，航空車間還很少有長期運轉的零件宝各，允許他們通過試驗對該過程進行精確調(diào)節(jié)烹豫，因此他們需要通過分析手段進行微調(diào)。所有這些都說明婴削，沒有任何關于顫振或超越它的方法與航空零件或鋁材加工具有固有關系廊镜。諧振頻率加工有可能與采用中到高切深及高主軸轉速的任何應用相關（甚至與某些“速度不是如此之高的”過程有關）。

　　“顫振”唉俗，在這種加工背景中嗤朴，指的是自激勵振動。主軸和刀具的每種組合都具有一定的諧振頻率-在這些頻率上系統(tǒng)會本能地發(fā)生振動虫溜。這些頻率會以表面波紋的形式在工件上留下痕跡雹姊。通過這種波紋，下一刀銑削會與它前面的一刀發(fā)生交互作用吼渡。由于切削刃沿波紋的波峰和波谷而沖擊不同點容为，因此切屑的厚度會從一個切削刃到下一個切削刃發(fā)生變化。顫振就是這種負荷變化的結果寺酪，且其嚴重程度會隨著名義切深增加而變得更加劇烈。

　　有一種避免顫振的方法替劈，在某些高轉速下-對某些主軸和刀具系統(tǒng)超出10,000rpm寄雀，對另外一些系統(tǒng)超出15,000rpm-切削刃速度沖擊有可能與系統(tǒng)的諧振頻率之一接近于匹配得滤。當這種情況發(fā)生時，該過程可以說是發(fā)生了調(diào)諧百睹【章玻可以在切深非常高的情況下進行平滑的加工，因為切削作用與表面波紋方式同步阳框。

　　但是依然需要選擇一種其中存在進一步改善余地的轉速或其它點桦材。理想的加工過程應該是可以在主軸最高轉速上進行穩(wěn)定的切削。刀具調(diào)諧提供了實現(xiàn)這種理想加工過程的一種手段旦氓。

　　刀具調(diào)諧

　　Schmitz博士在這種調(diào)諧方面的應用領域之一是飛機結構零件炮惕，其中有深度超出100mm的凹槽。為了降低這種零件的重量汛刻，需要從凹槽的拐角處去除材料射贡。這種操作所必需的小尺寸立銑刀會存在很高的顫振問題。

　　涉及該項目的工程師們嘗試了不同的懸伸長度瘾色，每個懸伸長度都采用最高主軸轉速而不改變加工過程中的任何其它方面演苍。在懸伸為直徑的8倍時，刀具發(fā)生了顫振現(xiàn)象梗爸。當懸伸為直徑的9倍時氧吐，刀具顫振甚至更厲害。但在懸伸為10倍時末盔，出現(xiàn)了意外的情況副砍。在刀具懸伸較長時，顫振反而減少了庄岖，因為這種懸伸長度正好將“有效擊球點”轉移到靠近主軸的最高轉速處豁翎。。此應用及其它應用中所進行的刀具懸伸研究已經(jīng)使人們可以對其效應給予某些大致說明隅忿。

　　如果懸伸的刀具發(fā)生顫振心剥，降低懸伸是否會減少顫振？大多數(shù)人期待這個問題的答案為肯定背桐，但Schmitz博士說這個問題的答案只能是“可能是”优烧。刀具長度較短通常比較穩(wěn)定，但在某些情況下链峭，讓刀具更長可能會提高穩(wěn)定性畦娄。

　　車間是否可以預測什么時候需要用較長的刀具長度？他說弊仪，如果沒有模型制作熙卡，則無法確切知道。但是冠八，卻有一個特別的指標為考慮這種問題提供了根據(jù)选曼。如果穩(wěn)定切削的最高轉速遠遠地脫離主軸的最高轉速底靴，那么可以嘗試采用較長的懸伸長度。

　　例如失傍，如果主軸最高轉速為20,000r/min贝崎，但固有的穩(wěn)定“有效擊球點”發(fā)生在大約13,000r/min轉速上，且沒有比這更接近最高轉速的速度民沈，那么值得用更長的懸伸長度進行實驗还凸。正確增加懸伸長度可能使加工過程生產(chǎn)率大大提高。

　　此外浸速，改變懸伸長度會改變整個系統(tǒng)童盏，因此改變“有效擊球點”的位置。更具體地說咧饭，增加懸伸長度會將“有效擊球點”轉移到較低的轉速上尿愿。

　　這種向下轉移一般會損害生產(chǎn)率而不是提高生產(chǎn)率。但是栏渺，對于具有13K“有效擊球點”的20K主軸呛梆，沒有諧振頻率的間隙較長，這表示磕诊，系統(tǒng)可能有另一個諧振頻率填物，就在主軸可以獲得的最大切削頻率之外。增加刀具懸伸將可能降低這種“超出范圍的”頻率霎终，可能將它拉入到主軸頻率范圍內(nèi)滞磺。

　　同時，該穩(wěn)定區(qū)的“峰值”-最大允許切深-降低了莱褒。這種下降是一種要求停止刀具調(diào)諧的警告击困。增加刀具長度不僅會降低穩(wěn)定切削的轉速，同時還會降低切深（因為刀具現(xiàn)在剛性減低）广凸。但是對于假想的主軸阅茶，20,000r/min左右的穩(wěn)定切削要比13,000r/min左右的切削具有更高的生產(chǎn)率，即使降低切深也是如此谅海。

　　一個更重要的警告來自以下事實脸哀，即增加刀具懸伸只趨向于將“有效擊球點”降低。向下并向左移的穩(wěn)定性峰值現(xiàn)象只在較窄的范圍內(nèi)起作用扭吁。改變懸伸長度還可能具有“撤換甲板”一樣的效應摧垄。如果懸伸方面的變化將刀具本身的天然頻率移近主軸的自然頻率之一，則結果可能是對穩(wěn)定轉速進行一種全新分配袱黎，使得刀具匕蚁、主軸及懸伸長度彼此之間都具有不同的關系。

　　案例研究

　　Schmitz博士詳細描述了一種特別引人注目的刀具調(diào)諧應用，其中涉及用轉速為24,000r/min哺里，電機功率為70kW的主軸加工鎳鋁青銅荤勤。在該應用中购烹，允許的懸伸長度范圍為107-127mm骄鸽。

　　所測試的刀具之一是一把直徑為19mm的四排屑槽外圓角銑刀。在最小的懸伸尺寸上底教，能以14,680r/min的轉速铅粉，對應切深為1.6mm進行平滑的全槽切削。（如果在這種懸伸長度下以最高主軸速度運行扑澜，則允許的切深只有0.2mm蓄盘。）

　　將刀具懸伸到最大長度時，穩(wěn)定運行的最高轉速降到11,820r/min鹿响，切深降到0.9mm羡微。較短的懸伸顯然可提高生產(chǎn)率。

　　但是惶我，已經(jīng)證明在最高懸伸長度下用只帶兩個排屑槽的刀具能以23,640r/min的速度進行切削-這個速度非常接近最高主軸轉速妈倔。在該轉速下可以實現(xiàn)的切深為1.8mm。

　　換言之绸贡，排屑槽較少的刀具與具有較多排屑槽的刀具在金屬去除率方面不相上下盯蝴，此外還具有另外一個優(yōu)點，那就是允許采用較高的刀具懸伸長度听怕。

　　調(diào)諧效用

　　這種在刀具與直覺相對立的選擇捧挺，其效率是通過數(shù)學方式而不是通過在機床上用樣品刀具實施切削試驗而發(fā)現(xiàn)的。典型的車間沒有實施這種模型制作的能力-更不用說配備適當設備可以在自己的機床上實施頻率響應測量的少量車間了 — 這一點對刀具調(diào)諧投入廣泛應用產(chǎn)生了嚴重的障礙尿瞭。

　　但是闽烙，Schmitz博士卻發(fā)現(xiàn)了一種可以克服這種障礙的資源∩椋基于網(wǎng)絡的公共設施可以為各種主軸和刀夾組合給出頻率響應測量數(shù)據(jù)庫黑竞，同時還有各種刀具設計的數(shù)學模型。這樣土汽，用戶可以簡單地輸入某個給定應用的基本參數(shù)音虹，從而得到最佳低顫振速度和切深數(shù)值。利用這種公用設施奥挑，任何生產(chǎn)人員都可以用刀具類型和刀具懸伸長度進行實驗次新，以確定什么樣的組合可以提供最好的性能。

　　為了開發(fā)這樣一種資源声锤，研究者們將拜訪主要的主軸制造商和機床制造商傲枕，在主軸中裝上不同類型的刀夾而對他們的各個標準主軸設計進行敲打試驗。研究者們還將對在高速加工應用中最可能用到的各種銑刀結構制定模型。

　　Schmitz說辩芦，這方面的工作量將非常巨大嘀拂，但是肯定是可以成功的。他希望在他所工作的大學開發(fā)這種資源遥加，并且希望自己監(jiān)督這種開發(fā)過程袱蔓。他當前正在尋找讓這種想法變成現(xiàn)實所必需的支持。

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