在實(shí)際生產(chǎn)操作中，時(shí)間就是金錢，因此機(jī)械效率成為制造商們是否盈利的決定性因素。這促使制造企業(yè)開始關(guān)注那些能為其提供提高生產(chǎn)率的方法和工具的領(lǐng)先供應(yīng)商。其中，瑞典加工工具供應(yīng)商System 3R International AB公司開發(fā)出能夠降低加工振動(dòng)的工件箝位卡盤。新的系統(tǒng)不僅能夠提高金屬切削速度，而且能夠改善精度，并減少銑床和其他加工中心的磨損。

普通的卡盤不能完全控制由于切削工具碰撞和旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)力引起的工件振動(dòng)。因此，為了避免加工流程中的不穩(wěn)定性，操作工降低切削速度，使加工出來的工件符合所需的精度。然而，即使在低速情況下，仍存在一些無法消除的振動(dòng)，這會(huì)導(dǎo)致工件末端產(chǎn)生鑿痕和皺痕。所以工件需要兩步或者三步流程才能消除缺陷，得到光滑的工件末端。低速和額外的加工不僅延長(zhǎng)了整個(gè)加工流程的時(shí)間，而且加速切削工具的磨損，使其不得不經(jīng)常更換。

瑞士一家制造高速銑床的公司使用VDP卡盤改善了銑削流程，
在轉(zhuǎn)向速度為10,000rpm的情況下，切削深度提高了兩倍。

減振卡盤的優(yōu)勢(shì)

加工系統(tǒng)的工作速度和加工質(zhì)量主要依賴于彈性系統(tǒng)中三個(gè)主要部件之間的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性：機(jī)床、刀具和工件夾持系統(tǒng)。機(jī)床業(yè)長(zhǎng)期以來廣泛地研究如何改進(jìn)切削工具和加工中心的穩(wěn)定性。但是，其中僅很少工作用于研究工件夾持系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。工件夾持系統(tǒng)通常是剛性部件，System 3R公司花費(fèi)了多年時(shí)間來研究夾持系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，開創(chuàng)性地發(fā)明了減振托盤式卡盤(VDP)，并申請(qǐng)了專利。新的減振托盤系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)剛度內(nèi)混合了黏彈性聚合物和金屬襯托，提高了系統(tǒng)的減振性能。新型VDP能夠吸收工件振動(dòng)以及大部分的切削刀具振動(dòng)，因此提升了整個(gè)加工流程的動(dòng)態(tài)性能，這使得操作工能夠以更高的速度運(yùn)行加工中心，在降低刀具磨損的同時(shí)提高加工精度。部件加工也因此能夠做到一步到位，既滿足嚴(yán)格的尺寸容許量，又有助于將末端粗糙度降至一微米。由于VDP獨(dú)特的性能，使很多制造商青睞于此產(chǎn)品，并且采用VDP制造精密部件的公司也從中受益匪淺。

客戶滿意報(bào)告

瑞典汽車零部件供應(yīng)商Liding? Produktion AB，總經(jīng)理Bojan Stefanov表示，他們的五軸銑床使用VDP減振卡盤，現(xiàn)在能夠?qū)⒁郧靶枰渭庸さ牟考恍枰淮渭庸ぞ湍苓_(dá)到要求的末端表面光滑度。不僅如此，他們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在機(jī)床的速度比原來提高了一倍，并且使用壽命是原來的兩倍。

類似的，德國(guó)Ingersoll切削刀具公司使用VDP制造鈦合金飛機(jī)零部件，縮短32%的加工時(shí)間，改善表面末端粗糙度72%。葡萄牙MGM模具公司使用VDP將銅制電極的加工時(shí)間縮短40%。日本的Epic Yamada公司為半導(dǎo)體生產(chǎn)精密模具，使用VDP縮短一半的加工時(shí)間，并延長(zhǎng)了加工時(shí)所使用刀具的使用壽命。瑞士一家制造高速銑床的公司使用VDP卡盤改善了銑削流程，在轉(zhuǎn)向速度為10,000rpm情況下，使得切削深度提高了兩倍，從原來的3mm增至9mm，極大地提高了金屬加工速度。

VDP未來的商業(yè)前景非常樂觀

根據(jù)來自Gardner研究院的統(tǒng)計(jì)，自2001年全球在機(jī)床業(yè)的總體投資增加70%，2006年的增長(zhǎng)率更是超過了10%，達(dá)到了五百九十六億美元。機(jī)床業(yè)的不斷發(fā)展會(huì)提升VDP在這個(gè)行業(yè)的銷量，并且很多機(jī)床營(yíng)造商對(duì)于將VDP集成在他們的產(chǎn)品中，非常感興趣。

振動(dòng)測(cè)試的關(guān)鍵作用

System 3R公司研發(fā)部經(jīng)理Amir Rashid博士一直領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)為公司設(shè)計(jì)新產(chǎn)品，也是VDP產(chǎn)品開發(fā)的主要負(fù)責(zé)人。在VDP項(xiàng)目中，工程師們通過調(diào)整厚度和外形的大小，調(diào)整減振部件的預(yù)載荷，來對(duì)VDP進(jìn)行細(xì)微的調(diào)整，使其能夠減少預(yù)測(cè)的振動(dòng)載荷，這些振動(dòng)載荷在整個(gè)加工流程中，會(huì)隨著工件材料的切削而有所變化。

使用LMS Test.Lab開發(fā)VDP，使其工件夾緊系統(tǒng)能夠降低加工振動(dòng)，
提高技術(shù)切削速度的同時(shí)提高精確度，減少工具磨損。

汽車零部件制造商Lidingo Produktion AB公司，使用標(biāo)準(zhǔn)工件夾緊裝置加工部件需要兩次才能成形，但是使用VDP只需一次成形。

“設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)具有足夠的靜態(tài)剛度，以及很高的動(dòng)態(tài)剛度，能夠在預(yù)期的頻率范圍內(nèi)降低加工振動(dòng)，同時(shí)還能在準(zhǔn)確的位置上夾緊工件，”Rashid說。“困難在于如何精確地判定出在預(yù)期頻率范圍內(nèi)所需的阻尼量級(jí)，同時(shí)還要保持足夠的剛度。在我們的開發(fā)流程中，LMS Test.Lab軟件起到了關(guān)鍵性作用，能夠有效地完成大量振動(dòng)試驗(yàn)并快速分析數(shù)據(jù)。”

System 3R公司采用的LMS試驗(yàn)系統(tǒng)包括兩套LMS SCADAS III數(shù)據(jù)采集前端，每個(gè)前端配有八個(gè)數(shù)據(jù)采集通道，和內(nèi)置信號(hào)調(diào)理功能。每個(gè)前端都與LMS Test.Lab軟件相連，能夠在在統(tǒng)一集成的平臺(tái)上進(jìn)行試驗(yàn)控制、測(cè)量、結(jié)果分析、數(shù)據(jù)管理和報(bào)告生成。

設(shè)計(jì)柔性系統(tǒng)

Rashid解釋說開發(fā)流程開始的時(shí)候，對(duì)沒有VDP的工件和加工中心進(jìn)行了振動(dòng)測(cè)試。工程師將加速度傳感器安裝在不同的位置上，使用力錘敲擊結(jié)構(gòu)，從而判定它們的動(dòng)態(tài)特性。工況中各種速度下的試驗(yàn)，是在機(jī)器不同運(yùn)轉(zhuǎn)頻率下測(cè)量系統(tǒng)振動(dòng)。

根據(jù)這些試驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)，LMS Test.Lab構(gòu)成動(dòng)畫式模態(tài)振型和工作變形圖形(ODS)，來顯示硬件的變形情況。此外，時(shí)域的振動(dòng)幅值通過傅立葉變換，轉(zhuǎn)換為頻域分析，能夠進(jìn)一步研究系統(tǒng)在各種頻率下的響應(yīng)。在這些頻率圖中，LMS Test.Lab使用“柱“狀的彩色尖峰值來清楚的標(biāo)明共振頻率，這樣就無需再花費(fèi)數(shù)個(gè)小時(shí)從原始FRF數(shù)據(jù)中尋找共振頻率。LMS Test.Lab的自動(dòng)化功能為這個(gè)項(xiàng)目節(jié)省了大量時(shí)間，并且在準(zhǔn)確性更高的同時(shí)保持了數(shù)據(jù)的一致性。

振動(dòng)數(shù)據(jù)的分析功能使得工程師能夠計(jì)算出通過部件傳遞的能量，從而判定出設(shè)計(jì)夾緊裝置的接觸面所需的阻尼級(jí)。根據(jù)以前的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，工程師了解聚合體的吸收性質(zhì)，因此，他們?cè)O(shè)定了接觸面的大小，達(dá)到期望的減振效果。

基于這些特定的要求，構(gòu)建VDP物理樣機(jī)，進(jìn)行同樣的結(jié)構(gòu)模態(tài)試驗(yàn)和工況試驗(yàn)。使用LMS Test.Lab對(duì)加工過程進(jìn)行了試驗(yàn)，顯示出安裝了VDP系統(tǒng)的工件測(cè)得的振動(dòng)幅值有所降低。安裝VDP和沒有安裝VDP測(cè)量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)之間進(jìn)行比較，通過反復(fù)試驗(yàn)測(cè)試，來調(diào)整阻尼接觸面的設(shè)計(jì)，盡可能地減少振動(dòng)，同時(shí)還要保持工件的穩(wěn)定性并符合夾緊系統(tǒng)的裝配要求。

集成性試驗(yàn)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)

“由于開發(fā)新的產(chǎn)品理念，需要反復(fù)進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)，LMS Test.Lab為我們提供了一個(gè)統(tǒng)一的測(cè)試平臺(tái)，使得我們提高了試驗(yàn)的速度和精確度，“Rashid表示。“以前，我們需要一個(gè)單獨(dú)的軟件進(jìn)行模態(tài)和工況試驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集，一個(gè)軟件負(fù)責(zé)模態(tài)分析，然后是第三個(gè)軟件用于生成加工試驗(yàn)頻率圖。”他解釋說由于系統(tǒng)之間是相互獨(dú)立的，不同的人使用這些軟件，通常會(huì)造成常規(guī)開發(fā)流程的延遲。此外，不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換也非常耗時(shí)，并且容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，因?yàn)楹芏嗲闆r下數(shù)據(jù)不能完全轉(zhuǎn)化，因此不得不進(jìn)行手工操作。

“我們需要一個(gè)獨(dú)立的、集成的平臺(tái)來幫助我們以更快的速度，更準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)振動(dòng)試驗(yàn)。我們需要快速試驗(yàn)，并同時(shí)獲得結(jié)果，而不希望在不同的系統(tǒng)之間相互切換。使用LMS Test.Lab，我們能夠在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)就完成試驗(yàn)和分析結(jié)果。工作效率的提高對(duì)于我們來說至關(guān)重要，因?yàn)槲覀優(yōu)榱藵M足各種加工應(yīng)用和不同的工件尺寸而設(shè)計(jì)各種模型，包括為某些客戶特制的VDP。“

Rashid認(rèn)為L(zhǎng)MS Test.Lab的工作表和模板特別有利于縮短振動(dòng)試驗(yàn)的設(shè)置時(shí)間。“LMS Test.Lab有很多針對(duì)特性功能的工作表，例如模態(tài)試驗(yàn)、時(shí)域數(shù)據(jù)處理和信號(hào)測(cè)試，“他說。此外，模板還有儀器靈敏度設(shè)置，和其他自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)的功能，不再需要工程師手工設(shè)置。System 3R報(bào)告指出試驗(yàn)的設(shè)定時(shí)間至少減少30%。

“LMS Test.Lab使得我們能夠更快更準(zhǔn)確地進(jìn)行各種振動(dòng)試驗(yàn)，避免了時(shí)間的延誤，并降低了出錯(cuò)的概率。從商業(yè)角度來看，隨著全球制造業(yè)的迅猛發(fā)展，我們只有不斷創(chuàng)新才能穩(wěn)固公司在全球市場(chǎng)的領(lǐng)軍位置，而LMS系統(tǒng)正是我們技術(shù)創(chuàng)新的最佳合作伙伴。”