外文翻譯--在鉆孔中偏心距對切削力的影響 中文版

1、<p>　　外文資料名稱：Effect of misalignment on the cutting </p><p>　　force signature in drilling </p><p>　　外文資料出處: Mutah,Karak,Jordan,Journal of Materials Processing Technology.124(200

2、2)83-91. </p><p>　　附 件： 1.外文資料翻譯譯文 </p><p>　　2.外文原文 </p><p>　　在鉆孔中偏心距對切削力的影響</p><p>　　穆塔爾，卡拉，約當 著</p><p><b>

3、;　　王過生 譯</b></p><p>　　摘要:本文介紹了一項研究，該研究介紹的是在鉆軸和工件上，偏心距對軸向切削力和切削扭距的影響。專家已經(jīng)提出了一種新穎的方法來測量鉆軸和工件之間的偏心距。這種方法是用一個激光系統(tǒng)來測量偏心距，此系統(tǒng)帶有一個激光管，從激光管中產(chǎn)生參考光束，此光束也就是在機器卡盤中使用的一中特殊的附文，它是通過感光照相機來俘獲的。研究偏心距的影響，其出發(fā)點是用橫向螺桿故意歪斜地移

4、動機架。</p><p>　　關(guān)鍵詞:金屬切削;鉆井;深孔加工;圖像處理;跑偏;切削力</p><p><b>　　1.引言</b></p><p>　　工具跟工件之間相對位置的變化和運動可能會極大地影響穩(wěn)態(tài)及動態(tài)切削力。因此，想要區(qū)別切削過程中由于動態(tài)響應產(chǎn)生的切削信號或者由于工件的某個部位有噪音而產(chǎn)生的切削信號就顯得困難了。令人驚訝的是，在

5、早先的研究中，很少有人注意這個因素。在切削力測量報告中，有些部分是失實的。如果一個新的切削模式在實驗中被驗證，那這就變的尤其重要了。</p><p>　　在鉆深孔時，刀具跟工件的相對位置是由刀具旋轉(zhuǎn)軸線，工件以及起點的相對位置所確定的。</p><p><b>　　如圖1所示。</b></p><p>　　沙庫瑪?shù)热?。[1-3]調(diào)查了在不同偏心

6、距條件下的深孔鉆情況。在不同的實驗階段，實驗者不段進行槍鉆跟雙向可控硅鉆之間的變換。因此，在實驗中，對于某一特定類型的工具或刀具的幾何形狀沒有明確的參照。甚至沒有提供任何他們實驗中的鉆孔信息。</p><p>　　在刀具旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中，刀具的起點或者刀柄處的偏心距使刀具背離運動軌跡并且導致軸線偏離直線路徑 [4]。作為一個自我引導的加工過程，孔軸線上的直線度誤差，進一步受到了剛硬的工具工作機械系統(tǒng)的影響。可控硅鉆井中

7、，孔軸線的筆直程度通常用做衡量標準，它受安裝誤差的影響，也就是說受刀具和工件軸線的偏移量及不平行度的影響。因此，要研究不同的方法來消除安裝誤差 [5]。</p><p>　　卡舒克等人。[6]研究在深鉆孔中切削刃的形狀對軸孔的影響。</p><p>　　至目前為止，專家們一直沒有系統(tǒng)的研究過總體效果偏心對刀具磨損和刀具的性能的影響。[3]一般來說，學者們加于偏心距各種負面的影響，不過大多數(shù)

8、是他們憑經(jīng)驗的臆測。常見的問題包括：刃口剝落，導致鉆墊耐磨性，表面光潔度，平直度和圓整度差。此外，從文獻的來源顯示，偏心距的存在未必會引起額外的振動。</p><p>　　接下來的部分介紹了一些實驗裝置和程序，它們是用于測量深孔加工中的切削力的。這些裝置和程序包括機器，工件材料，刀具和功率計。本節(jié)也介紹了測量裝置及其校正方法。下一節(jié)介紹了一些舊的方法論和一些臨時設(shè)計出來的裝置，這些方法論跟裝置是用來保證偏心距的大

9、小的，然后介紹的是這些裝置的校正。緊接著是對實驗結(jié)果的陳述和討論。最后一節(jié)是對這項研究的概述。</p><p><b>　　2.切削力的測量</b></p><p><b>　　2.1．實驗裝置</b></p><p>　　1．圖1展示了實驗時鉆孔機的安裝及使用方法。該裝置包括一個驅(qū)動裝置，壓頭，鏜桿和鉆頭。在實驗中，運用

10、了靜止工件旋轉(zhuǎn)工具的工作方法。</p><p>　　2．測力計。A2壓電式負載墊圈是用來測量切削力的。這傳感器包括兩個磁盤，每個磁盤上都環(huán)有石英晶體。負載墊圈被集成在一個卡盤之上。根據(jù)齊石樂的安裝標準，負載墊圈被預載兩個法蘭至120kN。在這個預緊力下，軸向力的測量范圍是-20到+20kN，轉(zhuǎn)矩的測量范圍是-200到+200Nm。</p><p>　　圖1顯示的是切削力測量裝置的排列。負載

11、墊圈被連接到電荷放大器，并依次連接到一個雙通道FFT頻譜分析儀。該裝置通過靜態(tài)跟動態(tài)地校正。動態(tài)標定功率-工件-機床系統(tǒng)的執(zhí)行，是為了避免測量振動的工具，而不是力量的波動，并確定頻段，通過這些手段使得測力計能有效的進行測量。另外，測量頻率響應來確定切削力的頻率范圍，使的切削力能精確的被測量出來。負載墊圈，電荷放大器和FFT分析儀通過使用齊石樂錘擊打測力計來進行校正。為了檢查測量的準確性，建立了推力跟扭矩的相干函數(shù)。</p>

12、<p><b>　　2.2．刀具</b></p><p>　　圖2詳細的介紹了鉆子設(shè)計跟幾何設(shè)計。切削刃被分成三個部分。鉆子的集合參數(shù)是根據(jù)美國國家標準b94.50 – 1975確定的。每個切學刃都被放大20倍檢查，從而發(fā)現(xiàn)表面缺陷如碎裂或者裂縫。</p><p><b>　　2.3．工件材料</b></p><p

13、>　　不銹鋼（ aisi303 ）被用作工件材料。成份，限制成份等都是根據(jù)ANSI/ASME B94.55M-1985的要求來選擇的并且要從指定的鋼材經(jīng)銷商那獲得。</p><p><b>　　3．偏心距測量裝置</b></p><p>　　深孔鉆實驗裝置的示意性排列如圖3所示。實驗裝置的照片如圖4所示。一個激光測量系統(tǒng)被發(fā)明用來測量主軸機頭的旋轉(zhuǎn)軸線跟深孔機起

14、點之間的偏心距。激光管激發(fā)一個參考激光束，并被保持在一個特殊的機器卡盤中。該激光束被感光照相機所俘獲，這些圖象通過圖象處理軟件確定了激光束的軌跡。激光束在機器轉(zhuǎn)動軸線上的各個位置都得到了具體的反映。通過圖象跟旋轉(zhuǎn)軸線以及深孔機起點的比較，當圖象的質(zhì)心跟旋轉(zhuǎn)軸線一致或者當圖象質(zhì)心跟深孔機起點一致時，偏心距就能計算出來了。排列機器時，這個質(zhì)心必須與0參考點一致。0參考點確定在圓柱形相機的軸線上并且允許一個合理的誤差（0.5毫米）。通過一個特

15、殊的構(gòu)件，相機得以固定在沿著機器旋轉(zhuǎn)軸線的各個不同位置。想要研究偏心距的影響，出發(fā)點是故意歪斜的移動壓頭以上的運輸用絲杠。圖5顯示了偏心距測量裝置的一些主要元素，如下所示：</p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　激光投射激光（ ltt4h可調(diào)對齊工具，新興技術(shù)， laseraim工具師，小石城，氬，美國） 。一束筆直的光線，在遠處的表面形成一個

16、可視的激光圓點。這束光線是用于整條光線的直線參考。這工具有一個可調(diào)焦點特征，它可以控制垂直于光束那個面上的光點尺寸。這項調(diào)整允許在一個特定的距離內(nèi)使用盡可能小的光點尺寸，從而方便了更精確的測量。由于焦點的調(diào)整也是線性的，焦點的變動對坐標系沒有任何的影響。事實上，這就意味著在工具附近可以使用盡可能小的光點尺寸。然后當屏幕距離擴大時，工具可以參照最小觀點尺寸重調(diào)焦距，保持在同一平面上兩個光點的質(zhì)心。</p><p>

17、　　感光數(shù)碼照相機Pulinx TM7被用來作為屏幕。這種照相機載有高分辨率的轉(zhuǎn)換器0.5英寸的CCD （電荷藕合元件） 。相機被要求從生產(chǎn)到消費必須保證尺寸迷你，安裝與設(shè)置準確，便捷。</p><p><b>　　激光安裝夾具。</b></p><p>　　為了把相機安裝在機床的不同位置，專家研究了一個特殊的方法。這方法就是：（a）在起點放一個錐形物；（b）調(diào)制好照

18、相機的直徑；(c)調(diào)節(jié)主軸端外徑。</p><p>　　視頻采集卡。此卡是一個單一的插槽，加速的， 24位每像素，真實顏色，用來記錄和顯示高質(zhì)量的視頻圖像。這采集卡提供了一套完整的相機控制功能以捕捉高品質(zhì)影像。該卡還支持一項全面的軟件，使系統(tǒng)充分利用硬件亞蒂克-真。俘獲圖像可被保存為BMP或TIFF文件檔案。</p><p>　　圖象處理軟件。俘獲的圖象經(jīng)過處理，找出了它的質(zhì)心。這質(zhì)心代表

19、了旋轉(zhuǎn)鏜桿的中心。一個典型的例子：圖象的俘獲，圖象的處理以及最終結(jié)果的處理如圖6所示：</p><p>　　4．偏心距測量系統(tǒng)的校正</p><p>　　為了確保擬議技術(shù)的可重復性跟重復能力，擬議系統(tǒng)的標準受到了特別的關(guān)注。校準程序的第一步是使激光束與激光器平行。這提供了在任何距離下的并行性并能作為整個激光束的參考。為了排列激光束，我們用V型塊來檢驗，觀察預計的點像是不是同心的，并且圓點的

20、中心必須保持在同一位置。第二步是檢查激光正好通過卡盤的軸線，這需要用XY坐標系來調(diào)整光束，直到預計點像與卡盤正好在同一中心。第三步是校正激光相機影像處理器系統(tǒng)。要做到這一點，設(shè)計了一個坐標裝置如圖5所示的。校正裝置如圖3所示。攝象機安裝在坐標裝置上并在XY方向上輕微地移動。激光束產(chǎn)生的圖象被俘獲并處理。把處理結(jié)果與圖7坐標裝置上實際的位移量相比較，從而顯示出系統(tǒng)的標準曲線。我們可以發(fā)現(xiàn)，坐標裝置的實際位移量與擬議系統(tǒng)的測量值極其的吻合。

21、</p><p><b>　　5．實驗程序</b></p><p>　　為了獲得不同的偏心距，出發(fā)點是用橫向?qū)輻U故意歪斜地移動機架上的壓頭，然后，通過觀察圖象的平均質(zhì)心，就可以計算出偏心距了。排列機械時，先把質(zhì)心與零基準點對齊。這個零基準點建立在圓柱形相機的軸套上，誤差為（0.5毫米）。</p><p>　　圖7.在水平跟垂直方向上，偏心距測

22、量系統(tǒng)的標準</p><p><b>　　6.結(jié)果跟討論</b></p><p>　　表1和表2量化了在不同的切削方式跟偏心距下，偏心距對軸向切削力和切削扭距的影響。表格中的這些數(shù)據(jù)是在頻率自動光譜的軸向動態(tài)切削力和動態(tài)切削扭矩頻率為0赫茲時獲得的。從表格中我們看到，偏心距對結(jié)果影響極大，因為軸向切削力跟切削扭距的增長可以看做是偏心距的增長。尤其是，進刀速度的增加對軸

23、向切削力和切削扭距的影響遠大于切削速度的增加所造成的影響。實驗結(jié)果很容易解釋在深孔加工中固定的切削力的重要性。因為在文獻中，偏心距從未被提起過，這使得想要找出不同實驗結(jié)果的相關(guān)性變的相當?shù)睦щy。此外，目前的結(jié)果表明，以前的一些研究提供了一個對BTA不完整的描述。深孔加工包含兩個過程：鉆孔跟拋光，并且鉆孔中的力量是用來完善拋光的。正如格里非司所顯示的，拋光決定了加工表面的質(zhì)量如表面粗糙度，圓度，殘余應力等。眾所周知，這個過程相對靈敏些。對

24、于給定鉆頭設(shè)計，這個比例''切削力：拋光力''是常數(shù)，因此，改變切削力直接影響到相應的變化。這個簡單的考慮，在深孔加工中，對機器表面質(zhì)量的影響很大。這也解釋了為什么深孔加工的生產(chǎn)力相對落后，那是因為同樣的工具用在不同的機器中，有著不同的偏心距。</p><p>　　圖8.偏心距對軸向切削力的影響。切削條件：進刀速度，0.12mm/rev ;轉(zhuǎn)速， 1253rev/min 。<

25、/p><p>　　圖9.偏心距對切削扭距的影響。切削條件：進刀速度0.12mm/rev ;轉(zhuǎn)速， 1253rev/min 。</p><p><b>　　7．結(jié)論</b></p><p>　　1．深孔加工系統(tǒng)在不同的偏心距下具有十分顯著的動態(tài)信號。如結(jié)果所示，如果深孔加工系統(tǒng)被排列起來，動態(tài)特性就更顯著了。實際上，這意味著偏心距是有降低的可能性的，

26、 它可以被認為是深孔加工的一個內(nèi)在特點。不幸的是，在已知的文獻中對于這些常見的毛病，偏心距從來沒有被考慮過。</p><p>　　2．偏心距以這種方式改變了自動光譜，使得我們難以區(qū)分光譜是來源于切削過程呢，還是來源于其他地方。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] K. Sakuma,K. Taguchi,A

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