【中國幕墻網(wǎng) 4月20日消息】刀具屬于無摩擦作業(yè)流程中的關(guān)鍵性部件。通過模態(tài)分析，可以測得對于作業(yè)安全來說非常重要的參數(shù)，并對之進行調(diào)節(jié)
在鉆孔時，振動會帶來很大的問題。一方面會影響質(zhì)量，另一方面可能會造成刀具斷裂而導(dǎo)致生產(chǎn)中斷。為了避免這類問題，應(yīng)該對刀具振動進行測量并及時進行糾正。研究結(jié)果表明，激光掃描振動儀適合用于對單刃深孔鉆進時的相關(guān)尺寸進行測定。
刀具振動是鉆孔加工時遇到的一個重大問題�？蛇m配的調(diào)節(jié)系統(tǒng)將來在刀具出現(xiàn)振動時，可以及時做出探測和調(diào)節(jié)。對此需要準確掌握刀具結(jié)構(gòu)振動特性方面的知識。下面將介紹如何通過激光掃描振動儀的實驗?zāi)B(tài)分析，來確定單刃深孔鉆刀的模態(tài)參數(shù)。對動態(tài)系統(tǒng)振動分析的最熟悉的方法是模態(tài)分析。這種亦被視為是固有振動分析的方法可以測定出諸如系統(tǒng)的固有頻率、阻尼和形態(tài)等參數(shù)。
模態(tài)分析以結(jié)構(gòu)每次動態(tài)變形均為其形態(tài)的加權(quán)總和的原理為基礎(chǔ)，每種模式均通過一種結(jié)構(gòu)的振動參數(shù)與精確的自由度而得出。在結(jié)構(gòu)受到振動時，所有模態(tài)反應(yīng)即會按照比例，進入到整個結(jié)構(gòu)的運動中去。通過對模態(tài)反應(yīng)的匯總，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)反應(yīng)即可變成為特定的激勵頻率。對模態(tài)參數(shù)的認知，可以實現(xiàn)對系統(tǒng)動態(tài)狀態(tài)的描述，也是對模型形成所作系列探索的重要基礎(chǔ)。各種模型均建立在簡化了的設(shè)定的基礎(chǔ)之上，并被強制進入某種程度上的不確定性。
振動性系統(tǒng)在實際中表現(xiàn)如何，這往往只有在實驗性探究的基礎(chǔ)上方可得到澄清。實驗性的模態(tài)分析是這方面的最重要的測量方法之一，并有賴于對結(jié)構(gòu)的模型觀察。通過對系統(tǒng)的每個測量點進行傳送功能的測定，可以獲得系統(tǒng)的實際動態(tài)特征。對此，采用相應(yīng)的激勵源對探究的結(jié)構(gòu)進行激勵，并對系統(tǒng)在各個測量點上的反應(yīng)進行測量。在時間范圍內(nèi)測得的信號借助于Fast-Fourier傳輸原理，被轉(zhuǎn)換為頻率范圍，并依據(jù)基準信號而得出一種具備傳送功能的系統(tǒng)。由此可以測得諸如固有頻率、阻尼和自有形態(tài)的模態(tài)參數(shù)。在鉆孔過程中，最大為5000Hz的頻率范圍是有意義的。因此，有限的固有振動數(shù)量即足以對一種結(jié)構(gòu)的動態(tài)特征作出描述，而對于較低頻率來說，則會出現(xiàn)頻率共振加劇的現(xiàn)象。
專門儀器進行測量
激光振動儀是一種針對機械振動過程的無接觸和光學類型的測量方法，測量原理以光學頻率移動為基礎(chǔ)，在振動結(jié)構(gòu)的測量點發(fā)生離散時，頻率移動即可測得激光束。這種方法沒有反作用，并在大量的應(yīng)用領(lǐng)域中允許對敏感結(jié)構(gòu)和元件的應(yīng)用，而在后一種的場合中，由于物體特性和環(huán)境參數(shù)的原因，無法使用接觸式的傳感元件。特別是設(shè)立了激光多普勒振動測量裝置，作為一種無接觸的測量技術(shù)方法，實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)振動的測量。對此，電磁波和光波的發(fā)送器和接收器之間的相對運動會導(dǎo)致受速度影響的頻率或波長的變化。
針對平面振動測量，可以采用掃描振動儀。采用這種掃描方法時，則以快捷的順序在物體表面的很多測量點上進行掃描（圖1），通過激光束在物體表面上的掃描和很高的空間分辨率，可以生成一系列單點測量結(jié)果。從這些振動數(shù)據(jù)中，要么是在時間范圍內(nèi)對同步運動過程，或者是在頻帶的頻率范圍內(nèi)對作業(yè)振動形式進行測定和可視化。在振動過程可準確重復(fù)的條件下，可以對連續(xù)進行的測量進行整合。這可以通過一種在振蕩器上以特定的頻帶范圍生成的觸發(fā)信號來實現(xiàn)。
圖1 針對彎曲振動和扭轉(zhuǎn)振動測量的掃描點分布情況
在IWF上所進行的振動測量，可采用Polytec公司的激光掃描振動儀，對單刃鉆頭的自有頻率ωo和屈服度N(ω)等模態(tài)參數(shù)進行測定。作為實驗分析的測量物體，使用了直徑為11.76mm和φ7.22mm的全硬金屬頭（圓周為C形）的單刃鉆頭。鉆桿和張緊套（誤差：φ20 g6）由調(diào)質(zhì)鋼構(gòu)成，單刃鉆頭全長為335mm。為了在實驗分析中能夠測得彎曲振動和扭曲振動，首先要求對確定測量點所需的相應(yīng)柵格線進行定義。對此，對測量點的選擇采用回形的分布方式，激光束依次對之進行掃描。在沒有推進的情況下，直接呈垂直列陣分布的測量點位于一個平面上；而在對單刃鉆頭進行振動推進時，則會致使鉆頭發(fā)生偏移。在扭轉(zhuǎn)振動的情況下，鉆頭會發(fā)生扭轉(zhuǎn)，激光束探測到的各重疊點的行程變化的結(jié)果各不相同。在評價中，這種現(xiàn)象通過各重疊測量點的顏色變化來表示（圖1）。
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