為了在實(shí)驗(yàn)分析中避免外部的振動(dòng)，采用了一種大質(zhì)量的鋼質(zhì)測(cè)量臺(tái)。首先須對(duì)單刃鉆頭的主軸和重心進(jìn)行計(jì)算，以便鉆頭縱向振動(dòng)方向能夠直接對(duì)準(zhǔn)鉆頭重心和兩側(cè)主軸的橫向方向。針對(duì)在鉆頭縱向上的振動(dòng)，振動(dòng)器和單刃鉆頭相互對(duì)著被張緊在老虎臺(tái)或帶有襯皮和夾鉗的夾具上。自由的鉆頭端部帶有一個(gè)硬化了的振動(dòng)尖頂，尖頂上設(shè)有一個(gè)Piezo測(cè)力傳感器和一個(gè)鋁質(zhì)適配器。在與張緊力的作用下，這些裝置可與振動(dòng)器相連接�？刂破魍ㄟ^一個(gè)放大器，把一個(gè)正弦信號(hào)和一個(gè)特定的頻率帶傳送給在另一頭對(duì)單刃鉆頭發(fā)起振動(dòng)的振動(dòng)器。測(cè)力傳感器通過一個(gè)受載放大器，把力的信號(hào)反饋給控制器，而控制器則通過由激光掃描振動(dòng)儀傳來的與頻率相關(guān)的行程變化信號(hào)，計(jì)算出模態(tài)參數(shù)。

圖2  柔曲性在第一主軸方向（34）上的頻率

　　圖2所示φ11.76mm單刃深孔鉆頭在第一主軸方向（34）上遭遇振動(dòng)時(shí)的柔曲性頻率范圍，其曲線符合傳統(tǒng)的三位振動(dòng)器的特征。由于三位分布涉及單刃鉆具的鉆頭、鉆桿和張緊套，因此這種實(shí)驗(yàn)方法是恰當(dāng)?shù)摹?80Hz自有模式易于識(shí)別，這是一個(gè)彎曲振動(dòng)；而另一個(gè)自有模式為2000Hz的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。第三個(gè)典型的自有模式仍為彎曲振動(dòng)，頻率為3300Hz。為了便于比較，圖3所示鉆刀在進(jìn)給方向上受到振動(dòng)時(shí)單刃鉆頭的柔曲性頻率范圍。所測(cè)得的第一個(gè)自有模式為580Hz，第二個(gè)自有模式為850Hz。這些都屬于彎曲振動(dòng)。所觀察到的在第一個(gè)主軸方向上的一種非典型的振動(dòng)振幅為2000Hz的第一個(gè)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。極具典型的是2600Hz、3300Hz和3860Hz的自有模式，這些都是彎曲自振動(dòng)。

圖3  柔曲性在進(jìn)給方向上的頻率

　　從整體上看，頻率越高，單刃鉆刀的柔曲性就越強(qiáng)。由于振動(dòng)器的振動(dòng)力維持在恒定的水平，因此，可以說鉆刀在較大的頻率范圍上的偏轉(zhuǎn)性也較強(qiáng)。除了采用空心鉆桿之外，單刃鉆刀長度-直徑的比例也較大，這降低了鉆刀的剛性，增加了鉆刀折斷和振動(dòng)振幅趨大的危險(xiǎn)性。對(duì)各個(gè)測(cè)量點(diǎn)所作的模態(tài)實(shí)驗(yàn)分析的詳細(xì)評(píng)價(jià)表明，在鉆刀主軸的縱向和橫向上的不同振動(dòng)，在50~60Hz的頻率范圍內(nèi)同樣會(huì)產(chǎn)生較低的柔曲性頻率。對(duì)于兩種不同直徑的單刃鉆刀，所測(cè)得的自有模式和振動(dòng)方式的詳細(xì)列表見下表。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，針對(duì)不同的單刃鉆刀，可以對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能作出明確的描述。通過測(cè)量所獲得的對(duì)彎曲振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的認(rèn)識(shí)，將來可以研發(fā)出一種適配式的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以對(duì)危險(xiǎn)的作業(yè)振動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)此要特別注意所識(shí)別的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的出現(xiàn)，這是因?yàn)檫@種現(xiàn)象會(huì)造成刀具使用壽命的極大縮短和刀具可能的失靈。

　　單刃鉆刀的模態(tài)參數(shù)可通過激光掃描振動(dòng)儀得到快速和可靠的測(cè)量。研究結(jié)果表明，對(duì)彎曲自振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的區(qū)分是可以做到的。對(duì)此，需要在鉆具表面上選擇出回形的測(cè)量點(diǎn)矩陣。在柔曲性頻率范圍內(nèi)出現(xiàn)的自有頻率，在兩個(gè)振動(dòng)方向上幾乎相同。除了能夠可靠地測(cè)得模態(tài)參數(shù)的能力之外，激光掃描振動(dòng)儀還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)形式的可視化。通過此種措施，單刃鉆刀在孔壁上的卡死過程即可得到澄清。此外，還可以設(shè)計(jì)出適配性的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以識(shí)別出危險(xiǎn)的作業(yè)振動(dòng)并可對(duì)之進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)此，需要掌握對(duì)鉆進(jìn)過程出現(xiàn)的作業(yè)振動(dòng)的認(rèn)識(shí)。下一個(gè)階段研究的目標(biāo)便是對(duì)單刃鉆刀的自有振動(dòng)模式進(jìn)行識(shí)別，以了解刀具在鉆進(jìn)過程中所出現(xiàn)的載荷和變形的情況。【完】

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