減振鏜桿控制方法綜述

何全文　陳林　徐克根

摘要：本文首先闡述了鏜桿顫振對工件及工業(yè)生產(chǎn)帶來的危害。其次，對國內(nèi)外控制鏜桿顫振的方法進行了分析，討論了國內(nèi)外公司生產(chǎn)的減振鏜桿，最后展望了減振鏜桿的應用前景。

關鍵詞：減震鏜桿；工程應用；控制方法

1.引言

當今世界，對于任何一個國家，金屬切削加工仍是機械制造的一個重要加工方法。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，各個行業(yè)對零件產(chǎn)品的加工精度要求越來越高。比如，工業(yè)領域的建筑機械、冶金機械、農(nóng)業(yè)機械、電力機械等等。深孔加工作為機械加工的重要分支之一，它的工藝理論研究一直是機械加工研究中的一個重要的研究課題，如今深孔加工技術被廣泛的應用于各行各業(yè)，特別是航空航天、生物醫(yī)療、深海勘探等。在廣泛應用的同時，對深孔加工精度提出了更好的要求。考慮到加工過程中加工能耗，環(huán)境污染等問題，需要對傳統(tǒng)的機械加工采用更有效、更智能、更環(huán)保的加式工工藝。在特殊環(huán)境中為了提高工件的性能需要對所加工零件進行一次成型。但深孔的加工一般采取鏜削的加工方法，鏜桿的長徑比匹配是深孔加工過程中最常見的問題。

2鏜桿顫振的危害

鏜削過程中，鏜桿不同的長徑比對工件生產(chǎn)會造成不同的影響，長徑比為4時，是鏜桿發(fā)生顫振的一個分界點。當長徑比小于4時，鏜桿不會發(fā)生顫振，當長徑比大于4時，鏜桿出現(xiàn)顫振，特別是鏜桿長徑比越大，鏜桿振動越劇烈。

在工業(yè)生產(chǎn)中，鏜桿長徑比大，剛性差，強度低以及代講給你表面粗糙度的等影響，導致鏜桿在鏜削過程中會產(chǎn)生劇烈的顫振并對工件加工造成很多危害，嚴重者會造成鏜桿斷裂，崩塌。從國內(nèi)外學者研究中發(fā)現(xiàn)，鏜桿的顫振危害主要集中在以下幾個方面：

1.鏜削顫振影響工件加工精度

在加工過程中，鏜削顫振使工件表面產(chǎn)生振痕，工件精度降低，表面粗糙度增加，嚴重影響工件的加工質(zhì)量并縮短其壽命；

2.鏜削顫振影響刀具和機床的使用壽命

加工過程中的顫振會導致鏜削過程中工件的切削厚度不同，當?shù)度须x開工件表面時，切削厚度為零，當?shù)度袎喝牍ぜ砻鏁r，切削厚度增大。在顫振中產(chǎn)生的切削力比沒有顫振時的切削力更大，動態(tài)切削力會導致刀具切削部分疲勞，引起崩刀、打刀。進而導致機床和夾具的相關部位磨損劇烈，降低精度，從而影響機床的使用壽命。

3.鏜削顫振影響生產(chǎn)效率

當加工過程中發(fā)生鏜削顫振，工件的加工質(zhì)量刀具和機床的加工精度均降低，進而導致企業(yè)的生產(chǎn)效率降低。

4.造成污染

劇烈的顫振會產(chǎn)生強烈的聲音噪聲影響工作人員的健康，并造成聲環(huán)境污染。

3.顫振控制方法

國內(nèi)外學者對鏜桿減振的研究做了大量工作，但減振鏜桿的研究和發(fā)展相對緩慢。在國內(nèi)外學者不斷研究下，減振鏜桿的控制主要為主動控制方法，半主動控制方法，被動控制方法三種方法。

3.1主動式控制方法：

主動控制方法主要是通過控制原理對某一狀態(tài)的變動進行控制，通過反饋控制降低鏜桿的顫振幅度。優(yōu)點在于：根據(jù)反饋控制系統(tǒng)的信息可以調(diào)節(jié)鏜桿的頻率。在加工過程中，鏜桿加工參數(shù)變化大時可采取這種方法。缺點在于：反饋控制系統(tǒng)比較復雜，生產(chǎn)成本較高。

3.2半主動式控制方法

半主動式控制方法主要是主動式和被動式的有機結(jié)合。雖然它具有實時調(diào)控機能，但不能進行信號的實時反饋。通過智能新型材料和機構的優(yōu)化設計對鏜桿的阻尼和變形進行控制，從而達到減小顫振的目的。缺點在于：結(jié)構復雜，制造成本高。

3.3被動式控制方法

被動式控制方法主要是通過特定的結(jié)構設計增強鏜桿剛度或提高鏜桿的阻尼方式進行顫振控制。優(yōu)點在于：鏜桿可靠性高、結(jié)構相對簡單、制造成本低、普適性高、易于維修等。缺點在于：鏜桿的頻率較難改變，只能應用于加工參數(shù)較穩(wěn)定，沒有明顯變化時進行顫振的控制。

4.展望

目前的研究可以發(fā)現(xiàn)，鏜桿顫振的控制方法已有了系統(tǒng)的發(fā)展，在鏜桿的結(jié)構優(yōu)化還可以進行進一步的研究和分析，從而促進減振鏜桿的技術進步。