机床的能力越来越强，操作越来越灵活。为了使工具跟上这种发展，有必要进行有针对性的技术研究。单刃钻削刀具在镍基合金上钻削深孔时，刀具振动现象会带来很大的影响。这种动载荷的结果将是钻井质量差和工具寿命短。因此，本文将首先介绍单刃钻削的振动分析和测量方法，然后对单刃钻削刀具自有模型研究的试验结果进行比较和讨论。用单刃钻具在镍基合金上钻深孔时，刀具的振动会造成很大的麻烦。在V形切槽上，细长成形和弯曲刚度降低，这将对深孔刀具在钻削过程中的稳定性产生不利影响。耐热性强的镍基合金的耐切削性可以使刀片承受超强的机械载荷。这种动载荷的结果是钻孔的质量变差，刀具的使用寿命缩短。为了避免以后作业的不稳定性(例如采用自适应控制)，需要了解单刃钻具在钻进过程中的振动状态。这里，有必要区分外部诱发振动和发生的自振。对此，下面将介绍单刃钻现场振动分析的测量方法，并对单刃钻具自有模型研究的试验结果进行对比讨论。现场振动分析的目的是识别单刃钻具在钻井过程中的振动。在不伦瑞克技术大学机床和加工技术研究所(IWF)进行的实验中，使用了两种不同的测量方法和测量装置。首先，钻孔过程中要用Kistler 9272四元件测力计测量力的信号源，并做一个振动工艺试验。通过FFT分析，将时间范围内测得的力信号转换到频率范围内。此外，为了在整个钻井过程中实现不同的事实分析，将钻井过程分为三个阶段，即钻进、钻穿和返回。这样就可以精确地测量和划分各个钻井阶段的振动特性。加工中心's单刃钻通常在钻孔时由工件上的导向孔引导。但为了区分实验中的钻孔阶段，钻孔开始时在工件前方设置一块钢板，引导单刃钻具进入孔内。带导向孔的钢板与工件之间有1~2mm的间隙，从振动角度来看这两个区域是隔离的。为了避免摩擦，过度提高单刃钻具在钻进过程中的导向稳定性，采用直径比钻头大0.1mm的导向孔。此外，导向孔的两侧设有加强模，使得在钻孔过程中与单刃钻具仅发生线接触，而不会发生面接触。从振动技术的角度解耦，作用在带导向孔的钢板上的最小工作力和钻孔扭矩可以传递到底座上，但不能传递到测功机上(图1)。振动上部(工件和测力计)的质量远大于单刃钻具。因此，在操作过程中可以避免由外界引起的振动。测量信号由工件后面的测力计直接接收，不在切割操作影响点附近。更高的系统品质无疑会导致更高的系统阻尼，即这样测得的过程振动一般更低。为了避免这种频率漂移现象，需要尽可能在作用点直接测量，实现了第二次测试，即在起钻、钻穿、退钻的整个过程中，通过振动技术使单刃钻头与环境几乎完全隔离，通过加速度接收器进行测量(图2)。下页图表的上半部分显示了钻孔开始前的钻头。钻尖位于工件正前方，工件由液压钳夹紧在设备工作台上。由此产生的高质量防止了外部振动的可能性。在……中间；正忙于
为了尽可能降低钻孔时工具和工件的振动质量，超导孔被设置在带有锥形支腿的小“方垛”上，以保证被钻孔工件的振动能力。对于钻孔过程，加速度接收器直接连接到“方形堆栈”。为了最好地测量扭转振动，直接在单刃钻头的进给方向(轴向)上进行测量，并且在第二次测试中另外在垂直方向(径向)上进行测量。图片显示了钻孔过程中传感器和钻头的相对位置。通过将FFT分析仪与负载放大器和评估软件相连，可以在频率范围内分析并以图形方式显示实时振动。为了在振动分析中准确区分单刃钻具的外部振动和自身振动，在前期实验中通过模态实验分析和激光扫描振动器确定了单刃钻具的模态参数。图3示出了当振动发生在第一主轴(34)上时，直径为11.76毫米的单刃钻头的弯曲频率水平。该曲线对应于一个传统的三工位质量振动器，也符合带钻头、钻杆和卡套的单刃钻具的三段式划分。频率为880Hz的弯曲振动固有模态明显。另一个自然模式是2000赫兹，在这个频率出现扭转振动。钻井过程中的扭转振动可能导致作业不稳定和工具失效，因此对其进行测量和评价非常重要。第三个自然模式仍然是弯曲振动，可以在3300Hz识别。表1给出了测量的固有模式和振动类型的完整总结。图4显示了一个使用ELB的例子。使用11.76mm钻具时三个钻削阶段进给方向的钻削振动曲线分析。每个钻孔阶段显示的工艺窗口为1s。除了钻井过程中的1600Hz柔性振动和起钻过程中的900Hz柔性振动外，可以清楚地看到，在所有三次钻井作业中，在1800~2000Hz的频率范围内都可以获得并识别出第一扭转自振。其频率范围仅略低于单刃钻具模态分析测得的值。正如先前估计的那样
样，这种差异应归咎于工件、法兰和测力计的附加振动质量。三个钻进阶段中的其他固有频率范围为2700~3300Hz。这些振动相应于第8种和第9种固有模式，也只略低于情态实验分析所测得的数值。在3300Hz的频率范围内，只在钻具退回过程中发生柔曲振动。表2为整个钻孔过程和所有三个钻进阶段的实况振动分析结果。通过对比与进给方向交叉的方向上的振动曲线，可以确认所有三个钻进过程均存在着第一个扭转固有频率的激发。尽管加速测量靠近有效点位，由此可以达到较低的频率漂移；但是两种方法（加速测量和力矩测量）的实况振动分析结果也表明，两种方法在整体上达到了很高的一致性。这说明这两种方法都适合于对危害作业的振动进行探测。
实况振动分析所采用的各种实验方法一致表明，在对Inconel718镍基合金进行单刃钻进时，所有三个钻进阶段均在2000Hz频率范围内产生第一个危险的扭转固有振动。所进行的实验还表明，两种测量方法均可以对单刃钻进过程中所产生和以往在情态实验分析中所获得的固有模式做出可靠的鉴别。在下一步工作中，可以对能揭示危险振动的实况监视功能进行研发，以便人们采取相应的对策。
