北卡羅萊納大學(xué)夏洛特分校(UNCC)的研究人員在尋找一種可靠的粉碎芯片的方法時，可能也粉碎了其他一些東西:在轉(zhuǎn)彎時生產(chǎn)力的物理極限。調(diào)制車削”，他們的切屑破碎技術(shù)涉及刀具路徑的振蕩，已顯示出作為一種手段，在車削過程中不引入其他任何改變，提供更高的金屬去除率。

　　郵政破碎機(jī)

　　Tony Schmitz教授在UNCC領(lǐng)導(dǎo)這個研究項目，與他一起工作的是機(jī)械工程研究生Ryan Copenhaver。這項工作的預(yù)期受益者是一家隸屬于美國政府、涉及制造軍事設(shè)備的特殊制造設(shè)施。由于該設(shè)備加工的是放射性材料，切屑破碎是一個至關(guān)重要的問題——這或許是機(jī)械加工過程中最重要的問題。由于該設(shè)備加工的是放射性材料，切屑破碎是一個至關(guān)重要的問題——也許是加工過程中最重要的問題。由于存在暴露的危險，操作者無法與加工過程進(jìn)行交互以清除芯片或更換刀具，因為這些步驟在另一個加工過程中可以很容易地完成。

　　對于一項旨在將放射性工件加工成半球形的車削作業(yè)，該工廠正在尋找一種比使用切削工具的碎屑形式更一致、更可靠的碎屑方法。讓工具反復(fù)離開切割--一遍又一遍地斷掉觸點--被認(rèn)為是解決這個問題的關(guān)鍵。

　　前UNCC研究員Scott Smith(現(xiàn)在就職于橡樹嶺國家實驗室)開始了這項工作，他發(fā)現(xiàn)僅通過編程的CNC運動就足以提供路徑上的重復(fù)逆轉(zhuǎn)。他幫助開發(fā)的一個后處理器，根據(jù)程序員所選擇的振幅和頻率，在程序路徑中增加重復(fù)的反向。半球形旋轉(zhuǎn)涉及到X軸和Z軸的插補(bǔ)，反向的路徑遵循相同的插補(bǔ)曲線。芯片斷裂反轉(zhuǎn)的參數(shù)在每秒0.5到3.0反轉(zhuǎn)(頻率)的范圍內(nèi)，典型反轉(zhuǎn)相當(dāng)于沿路徑向后退0.005英寸(振幅)。

　　在芯片斷裂效應(yīng)被證實后，Schmitz博士開始了這項研究。他研究了對表面光潔度的影響，但也探索了超出項目最初目標(biāo)的其他積極影響。他說:“這些倒轉(zhuǎn)的幅度和頻率現(xiàn)在是額外的旋鈕，我們可以通過它來影響這個過程?！蓖ㄟ^調(diào)整這些旋鈕可以提高生產(chǎn)率。

　　加工與生產(chǎn)率

　　從表面光潔度來看，刀具在切削時后退和前進(jìn)的光潔度確實比連續(xù)切削的光潔度更粗糙。但重要的是，這種損害是持續(xù)的——這意味著它可以通過持續(xù)的后續(xù)步驟來克服。Schmitz博士和Copenhaver先生在304不銹鋼(放射性材料的緊密替代品)中，研究了“彈簧通道”對改善最終成品的效果。彈簧通道是相同的刀具路徑，使用相同的刀具，不改變位置，允許刀刃去除少量的附加材料。測試包括有和沒有彈簧孔道的連續(xù)切削，有和沒有彈簧孔道的調(diào)制車削。到目前為止的研究結(jié)果表明，經(jīng)過調(diào)制的車削以及隨后的非調(diào)制的彈簧行程可以產(chǎn)生與恒速進(jìn)料切削一樣好的或幾乎一樣好的光潔度。

　　Schmitz博士說，在所有芯片制造過程中，金屬去除率都受到“波狀再生”現(xiàn)象的限制。這是加工通道在表面留下的波產(chǎn)生切削力變化的趨勢，這種變化放大了與機(jī)床和整個加工系統(tǒng)的諧波特性有關(guān)的振動。這種自放大效應(yīng)會導(dǎo)致顫振，在一定的速度和切削深度組合下，會產(chǎn)生足夠大的顫振，從而抑制生產(chǎn)加工，并迅速導(dǎo)致刀具失效。當(dāng)切削參數(shù)過于激進(jìn)時，波浪度的再生，往往是這些參數(shù)組合不起作用的主要原因。一組以前可能過于激進(jìn)的參數(shù)可以變得足夠穩(wěn)定，只要反轉(zhuǎn)是路徑的一部分，就可以有效地削減。僅僅為了引入調(diào)制車削，就可以對刀具路徑進(jìn)行后處理，因此可以使一組以前過于激進(jìn)的參數(shù)有效地切割，而不改變刀具、速度、切割深度或標(biāo)稱進(jìn)給率。UNCC的研究人員已經(jīng)證明了這一點，下面的圖表也證明了這一發(fā)現(xiàn):

? ? ?　引入一種新的振蕩，以繞過系統(tǒng)中其他振蕩的限制的技術(shù)，超出了當(dāng)前贊助商的調(diào)制車削目標(biāo)的范圍。制造商想要的是一個安全和可預(yù)測的過程，而不是一個生產(chǎn)效率更高的過程。但是其他制造商顯然會將生產(chǎn)效率作為首要任務(wù)的。對于他們來說，調(diào)制車削通過允許切削參數(shù)的增加而不產(chǎn)生顫振，可以提高現(xiàn)有車削設(shè)備的潛在產(chǎn)量。任何數(shù)控車床都有可能使用這種技術(shù)來加快切削速度，所以Schmitz博士說，這項研究的下一步是尋找面向生產(chǎn)的贊助商，讓他的團(tuán)隊進(jìn)一步探索這一優(yōu)勢，并擴(kuò)大規(guī)模，以發(fā)現(xiàn)這項技術(shù)的局限性。