外文翻譯--在鉆孔中偏心距對(duì)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(duì)切削力的影響</p><p>　　穆塔爾，卡拉，約當(dāng) 著</p><p><b>

3、;　　王過(guò)生 譯</b></p><p>　　摘要:本文介紹了一項(xiàng)研究，該研究介紹的是在鉆軸和工件上，偏心距對(duì)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(lái)測(cè)量鉆軸和工件之間的偏心距。這種方法是用一個(gè)激光系統(tǒng)來(lái)測(cè)量偏心距，此系統(tǒng)帶有一個(gè)激光管，從激光管中產(chǎn)生參考光束，此光束也就是在機(jī)器卡盤(pán)中使用的一中特殊的附文，它是通過(guò)感光照相機(jī)來(lái)俘獲的。研究偏心距的影響，其出發(fā)點(diǎn)是用橫向螺桿故意歪斜地移

4、動(dòng)機(jī)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(duì)位置的變化和運(yùn)動(dòng)可能會(huì)極大地影響穩(wěn)態(tài)及動(dòng)態(tài)切削力。因此，想要區(qū)別切削過(guò)程中由于動(dòng)態(tài)響應(yīng)產(chǎn)生的切削信號(hào)或者由于工件的某個(gè)部位有噪音而產(chǎn)生的切削信號(hào)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(gè)因素。在切削力測(cè)量報(bào)告中，有些部分是失實(shí)的。如果一個(gè)新的切削模式在實(shí)驗(yàn)中被驗(yàn)證，那這就變的尤其重要了。</p><p>　　在鉆深孔時(shí)，刀具跟工件的相對(duì)位置是由刀具旋轉(zhuǎn)軸線，工件以及起點(diǎn)的相對(duì)位置所確定的。</p><p><b>　　如圖1所示。</b></p><p>　　沙庫(kù)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(shí)驗(yàn)階段，實(shí)驗(yàn)者不段進(jìn)行槍鉆跟雙向可控硅鉆之間的變換。因此，在實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于某一特定類型的工具或刀具的幾何形狀沒(méi)有明確的參照。甚至沒(méi)有提供任何他們實(shí)驗(yàn)中的鉆孔信息。</p><p>　　在刀具旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中，刀具的起點(diǎn)或者刀柄處的偏心距使刀具背離運(yùn)動(dòng)軌跡并且導(dǎo)致軸線偏離直線路徑 [4]。作為一個(gè)自我引導(dǎo)的加工過(guò)程，孔軸線上的直線度誤差，進(jìn)一步受到了剛硬的工具工作機(jī)械系統(tǒng)的影響?？煽毓桡@井中

7、，孔軸線的筆直程度通常用做衡量標(biāo)準(zhǔn)，它受安裝誤差的影響，也就是說(shuō)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(lái)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(duì)軸孔的影響。</p><p>　　至目前為止，專家們一直沒(méi)有系統(tǒng)的研究過(guò)總體效果偏心對(duì)刀具磨損和刀具的性能的影響。[3]一般來(lái)說(shuō)，學(xué)者們加于偏心距各種負(fù)面的影響，不過(guò)大多數(shù)

8、是他們憑經(jīng)驗(yàn)的臆測(cè)。常見(jiàn)的問(wèn)題包括：刃口剝落，導(dǎo)致鉆墊耐磨性，表面光潔度，平直度和圓整度差。此外，從文獻(xiàn)的來(lái)源顯示，偏心距的存在未必會(huì)引起額外的振動(dòng)。</p><p>　　接下來(lái)的部分介紹了一些實(shí)驗(yàn)裝置和程序，它們是用于測(cè)量深孔加工中的切削力的。這些裝置和程序包括機(jī)器，工件材料，刀具和功率計(jì)。本節(jié)也介紹了測(cè)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(shí)設(shè)計(jì)出來(lái)的裝置，這些方法論跟裝置是用來(lái)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(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的陳述和討論。最后一節(jié)是對(duì)這項(xiàng)研究的概述。</p><p><b>　　2.切削力的測(cè)量</b></p><p><b>　　2.1．實(shí)驗(yàn)裝置</b></p><p>　　1．圖1展示了實(shí)驗(yàn)時(shí)鉆孔機(jī)的安裝及使用方法。該裝置包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置，壓頭，鏜桿和鉆頭。在實(shí)驗(yàn)中，運(yùn)用

10、了靜止工件旋轉(zhuǎn)工具的工作方法。</p><p>　　2．測(cè)力計(jì)。A2壓電式負(fù)載墊圈是用來(lái)測(cè)量切削力的。這傳感器包括兩個(gè)磁盤(pán)，每個(gè)磁盤(pán)上都環(huán)有石英晶體。負(fù)載墊圈被集成在一個(gè)卡盤(pán)之上。根據(jù)齊石樂(lè)的安裝標(biāo)準(zhǔn)，負(fù)載墊圈被預(yù)載兩個(gè)法蘭至120kN。在這個(gè)預(yù)緊力下，軸向力的測(cè)量范圍是-20到+20kN，轉(zhuǎn)矩的測(cè)量范圍是-200到+200Nm。</p><p>　　圖1顯示的是切削力測(cè)量裝置的排列。負(fù)載

11、墊圈被連接到電荷放大器，并依次連接到一個(gè)雙通道FFT頻譜分析儀。該裝置通過(guò)靜態(tài)跟動(dòng)態(tài)地校正。動(dòng)態(tài)標(biāo)定功率-工件-機(jī)床系統(tǒng)的執(zhí)行，是為了避免測(cè)量振動(dòng)的工具，而不是力量的波動(dòng)，并確定頻段，通過(guò)這些手段使得測(cè)力計(jì)能有效的進(jìn)行測(cè)量。另外，測(cè)量頻率響應(yīng)來(lái)確定切削力的頻率范圍，使的切削力能精確的被測(cè)量出來(lái)。負(fù)載墊圈，電荷放大器和FFT分析儀通過(guò)使用齊石樂(lè)錘擊打測(cè)力計(jì)來(lái)進(jìn)行校正。為了檢查測(cè)量的準(zhǔn)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(xì)的介紹了鉆子設(shè)計(jì)跟幾何設(shè)計(jì)。切削刃被分成三個(gè)部分。鉆子的集合參數(shù)是根據(jù)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)b94.50 – 1975確定的。每個(gè)切學(xué)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(lái)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(cè)量裝置</b></p><p>　　深孔鉆實(shí)驗(yàn)裝置的示意性排列如圖3所示。實(shí)驗(yàn)裝置的照片如圖4所示。一個(gè)激光測(cè)量系統(tǒng)被發(fā)明用來(lái)測(cè)量主軸機(jī)頭的旋轉(zhuǎn)軸線跟深孔機(jī)起

14、點(diǎn)之間的偏心距。激光管激發(fā)一個(gè)參考激光束，并被保持在一個(gè)特殊的機(jī)器卡盤(pán)中。該激光束被感光照相機(jī)所俘獲，這些圖象通過(guò)圖象處理軟件確定了激光束的軌跡。激光束在機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)軸線上的各個(gè)位置都得到了具體的反映。通過(guò)圖象跟旋轉(zhuǎn)軸線以及深孔機(jī)起點(diǎn)的比較，當(dāng)圖象的質(zhì)心跟旋轉(zhuǎn)軸線一致或者當(dāng)圖象質(zhì)心跟深孔機(jī)起點(diǎn)一致時(shí)，偏心距就能計(jì)算出來(lái)了。排列機(jī)器時(shí)，這個(gè)質(zhì)心必須與0參考點(diǎn)一致。0參考點(diǎn)確定在圓柱形相機(jī)的軸線上并且允許一個(gè)合理的誤差（0.5毫米）。通過(guò)一個(gè)特

15、殊的構(gòu)件，相機(jī)得以固定在沿著機(jī)器旋轉(zhuǎn)軸線的各個(gè)不同位置。想要研究偏心距的影響，出發(fā)點(diǎn)是故意歪斜的移動(dòng)壓頭以上的運(yùn)輸用絲杠。圖5顯示了偏心距測(cè)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(duì)齊工具，新興技術(shù)， laseraim工具師，小石城，氬，美國(guó)） 。一束筆直的光線，在遠(yuǎn)處的表面形成一個(gè)

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

17、　　感光數(shù)碼照相機(jī)Pulinx TM7被用來(lái)作為屏幕。這種照相機(jī)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(jī)被要求從生產(chǎn)到消費(fèi)必須保證尺寸迷你，安裝與設(shè)置準(zhǔn)確，便捷。</p><p><b>　　激光安裝夾具。</b></p><p>　　為了把相機(jī)安裝在機(jī)床的不同位置，專家研究了一個(gè)特殊的方法。這方法就是：（a）在起點(diǎn)放一個(gè)錐形物；（b）調(diào)制好照

18、相機(jī)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(gè)單一的插槽，加速的， 24位每像素，真實(shí)顏色，用來(lái)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(jī)控制功能以捕捉高品質(zhì)影像。該卡還支持一項(xiàng)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(guò)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(gè)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(cè)量系統(tǒng)的校正</p><p>　　為了確保擬議技術(shù)的可重復(fù)性跟重復(fù)能力，擬議系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)受到了特別的關(guān)注。校準(zhǔn)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(gè)激光束的參考。為了排列激光束，我們用V型塊來(lái)檢驗(yàn)，觀察預(yù)計(jì)的點(diǎn)像是不是同心的，并且圓點(diǎn)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(guò)卡盤(pán)的軸線，這需要用XY坐標(biāo)系來(lái)調(diào)整光束，直到預(yù)計(jì)點(diǎn)像與卡盤(pán)正好在同一中心。第三步是校正激光相機(jī)影像處理器系統(tǒng)。要做到這一點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)坐標(biāo)裝置如圖5所示的。校正裝置如圖3所示。攝象機(jī)安裝在坐標(biāo)裝置上并在XY方向上輕微地移動(dòng)。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(biāo)裝置上實(shí)際的位移量相比較，從而顯示出系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)曲線。我們可以發(fā)現(xiàn)，坐標(biāo)裝置的實(shí)際位移量與擬議系統(tǒng)的測(cè)量值極其的吻合。

21、</p><p><b>　　5．實(shí)驗(yàn)程序</b></p><p>　　為了獲得不同的偏心距，出發(fā)點(diǎn)是用橫向?qū)輻U故意歪斜地移動(dòng)機(jī)架上的壓頭，然后，通過(guò)觀察圖象的平均質(zhì)心，就可以計(jì)算出偏心距了。排列機(jī)械時(shí)，先把質(zhì)心與零基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)齊。這個(gè)零基準(zhǔn)點(diǎn)建立在圓柱形相機(jī)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(cè)

22、量系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)</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(duì)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(dòng)光譜的軸向動(dòng)態(tài)切削力和動(dòng)態(tài)切削扭矩頻率為0赫茲時(shí)獲得的。從表格中我們看到，偏心距對(duì)結(jié)果影響極大，因?yàn)檩S向切削力跟切削扭距的增長(zhǎng)可以看做是偏心距的增長(zhǎng)。尤其是，進(jìn)刀速度的增加對(duì)軸

23、向切削力和切削扭距的影響遠(yuǎn)大于切削速度的增加所造成的影響。實(shí)驗(yàn)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?yàn)樵谖墨I(xiàn)中，偏心距從未被提起過(guò)，這使得想要找出不同實(shí)驗(yàn)結(jié)果的相關(guān)性變的相當(dāng)?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(gè)對(duì)BTA不完整的描述。深孔加工包含兩個(gè)過(guò)程：鉆孔跟拋光，并且鉆孔中的力量是用來(lái)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(yīng)力等。眾所周知，這個(gè)過(guò)程相對(duì)靈敏些。對(duì)

24、于給定鉆頭設(shè)計(jì)，這個(gè)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(yīng)的變化。這個(gè)簡(jiǎn)單的考慮，在深孔加工中，對(duì)機(jī)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(duì)落后，那是因?yàn)橥瑯拥墓ぞ哂迷诓煌臋C(jī)器中，有著不同的偏心距。</p><p>　　圖8.偏心距對(duì)軸向切削力的影響。切削條件：進(jìn)刀速度，0.12mm/rev ;轉(zhuǎn)速， 1253rev/min 。<

25、/p><p>　　圖9.偏心距對(duì)切削扭距的影響。切削條件：進(jìn)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(dòng)態(tài)信號(hào)。如結(jié)果所示，如果深孔加工系統(tǒng)被排列起來(lái)，動(dòng)態(tài)特性就更顯著了。實(shí)際上，這意味著偏心距是有降低的可能性的，

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

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