1引言

在現(xiàn)代制造業(yè)中，微小孔加工的數(shù)量日益增多，對其加工質(zhì)量的要求也越來越高。因此，微小孔的高效、高質(zhì)量、低成本加工已成為現(xiàn)代制造技術(shù)中一項極為重要的研究課題。振動鉆削新工藝融振動理論和切削理論于一體，改變了傳統(tǒng)鉆削中刀具與工件之間的時空關(guān)系和鉆削機理，其良好的工藝效果已引起國內(nèi)外普遍關(guān)注。但有關(guān)振動鉆削的理論和實驗研究工作尚處于起步階段，還存在大量需要探討的理論問題和亟待開發(fā)的實用技術(shù)。

振動鉆削過程中的鉆削力是直接影響鉆頭壽命和鉆孔質(zhì)量的重要因素。由于振動鉆削微小孔時產(chǎn)生的鉆削力非常小且不易測量，因而在一定程度上阻礙了對微小孔振動鉆削機理的研究。為此，我們研制開發(fā)了高靈敏度、高精度的微小孔鉆削力測量系統(tǒng)。有了鉆削力測試手段，就可對微小孔振動鉆削的力學特性進行理論與實驗研究，深入探討微小孔的振動鉆削機理，促進微小孔振動鉆削工藝的進一步發(fā)展。

由于鉆頭的幾何形狀比較復雜，所以構(gòu)建振動鉆削的力學模型尤為復雜。迄今，根據(jù)切削力學構(gòu)建振動鉆削力學模型方面的研究還不多見，且一些研究結(jié)果對理論模型作了過多簡化，很難與實驗結(jié)果準確吻合。在實際鉆削加工中通常使用經(jīng)驗公式來計算鉆削力。由于振動鉆削力受振動頻率、振幅、進給量等的影響并存在交互作用，故建立切削力經(jīng)驗公式的傳統(tǒng)方法不適用于振動鉆削。為此，本文采用多元正交多項式回歸實驗來建立鉆削力關(guān)于頻率、振幅、進給量的非線性回歸方程。

2微小孔鉆削測力儀的結(jié)構(gòu)設計

典型的鉆削測力儀結(jié)構(gòu)主要有薄壁圓筒式和桁架立式變形筋式。薄壁圓筒式結(jié)構(gòu)的測力儀外形較高，抗偏心載荷及側(cè)向力的能力較差，對力作用點位置較敏感。桁架立式變形筋式結(jié)構(gòu)用于大、中量程的鉆削測力儀時性能較好，但用于測量微小孔鉆削力時其靈敏度不易達到要求。輪輻式彈性體可同時用于測量軸向力和扭矩，具有優(yōu)良的自然線性度，受力時位移較小，對力作用點位置不敏感，儀器外形較低，可承受較大側(cè)向力，且結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，普遍用于中等量程的高精度傳感器中。當用于小量程傳感器時，由于彈性體幾何尺寸較小，加工和裝配均較困難。

在黃銅材料工件上鉆削Ø0.5mm孔時，產(chǎn)生的軸向力約為6N，扭矩小于1N·mm。測量如此小的力，測力儀必須具有極高靈敏度。若采用輪輻式彈性體，彈性體厚度必須很小(約0.3mm)；若采用整體式結(jié)構(gòu)，其加工工藝性很差，難以達到要求的精度。為解決這一問題，我們采用了高強度結(jié)構(gòu)膠粘接的裝配式結(jié)構(gòu)，即將彈性體分為四個單獨的彈性薄片分別加工，再用高強度結(jié)構(gòu)膠粘接為一體(本測力儀所受載荷不大，粘接處強度可滿足要求)。這樣，彈性體較易加工，且可保證所需精度，從而解決了測力儀靈敏度與結(jié)構(gòu)及加工性之間的矛盾。研制的輪輻式鉆削測力儀可達到很高靈敏度，并具有較好加工性，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。