在實際生產(chǎn)操作中，時間就是金錢，因此機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)開始關注那些能為其提供提高生產(chǎn)率的方法和工具的領先供應商。其中，瑞典加工工具供應商System 3R International AB公司開發(fā)出能夠降低加工振動的工件箝位卡盤。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)生的動態(tài)力引起的工件振動。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，這會導致工件末端產(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了整個加工流程的時間，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
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)中三個主要部件之間的動態(tài)穩(wěn)定性：機床、刀具和工件夾持系統(tǒng)。機床業(yè)長期以來廣泛地研究如何改進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)的動態(tài)特性。工件夾持系統(tǒng)通常是剛性部件，System 3R公司花費了多年時間來研究夾持系統(tǒng)的動態(tài)特性，開創(chuàng)性地發(fā)明了減振托盤式卡盤(VDP)，并申請了專利。新的減振托盤系統(tǒng)在結構剛度內(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能夠吸收工件振動以及大部分的切削刀具振動，因此提升了整個加工流程的動態(tài)性能，這使得操作工能夠以更高的速度運行加工中心，在降低刀具磨損的同時提高加工精度。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。
客戶滿意報告
瑞典汽車零部件供應商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_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Ingersoll切削刀具公司使用VDP制造鈦合金飛機零部件，縮短32%的加工時間，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間縮短40%。日本的Epic Yamada公司為半導體生產(chǎn)精密模具，使用VDP縮短一半的加工時間，并延長了加工時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，自2001年全球在機床業(yè)的總體投資增加70%，2006年的增長率更是超過了10%，達到了五百九十六億美元。機床業(yè)的不斷發(fā)展會提升VDP在這個行業(yè)的銷量，并且很多機床營造商對于將VDP集成在他們的產(chǎn)品中，非常感興趣。
振動測試的關鍵作用
System 3R公司研發(fā)部經(jīng)理Amir Rashid博士一直領導團隊為公司設計新產(chǎn)品，也是VDP產(chǎn)品開發(fā)的主要負責人。在VDP項目中，工程師們通過調(diào)整厚度和外形的大小，調(diào)整減振部件的預載荷，來對VDP進行細微的調(diào)整，使其能夠減少預測的振動載荷，這些振動載荷在整個加工流程中，會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，
提高技術切削速度的同時提高精確度，減少工具磨損。
汽車零部件制造商Lidingo Produktion AB公司，使用標準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。
“設計的結構具有足夠的靜態(tài)剛度，以及很高的動態(tài)剛度，能夠在預期的頻率范圍內(nèi)降低加工振動，同時還能在準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期頻率范圍內(nèi)所需的阻尼量級，同時還要保持足夠的剛度。在我們的開發(fā)流程中，LMS Test.Lab軟件起到了關鍵性作用，能夠有效地完成大量振動試驗并快速分析數(shù)據(jù)。”
System 3R公司采用的LMS試驗系統(tǒng)包括兩套LMS SCADAS III數(shù)據(jù)采集前端，每個前端配有八個數(shù)據(jù)采集通道，和內(nèi)置信號調(diào)理功能。每個前端都與LMS Test.Lab軟件相連，能夠在在統(tǒng)一集成的平臺上進行試驗控制、測量、結果分析、數(shù)據(jù)管理和報告生成。
設計柔性系統(tǒng)
Rashid解釋說開發(fā)流程開始的時候，對沒有VDP的工件和加工中心進行了振動測試。工程師將加速度傳感器安裝在不同的位置上，使用力錘敲擊結構，從而判定它們的動態(tài)特性。工況中各種速度下的試驗，是在機器不同運轉(zhuǎn)頻率下測量系統(tǒng)振動。
根據(jù)這些試驗采集的數(shù)據(jù)，LMS Test.Lab構成動畫式模態(tài)振型和工作變形圖形(ODS)，來顯示硬件的變形情況。此外，時域的振動幅值通過傅立葉變換，轉(zhuǎn)換為頻域分析，能夠進一步研究系統(tǒng)在各種頻率下的響應。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明共振頻率，這樣就無需再花費數(shù)個小時從原始FRF數(shù)據(jù)中尋找共振頻率。LMS Test.Lab的自動化功能為這個項目節(jié)省了大量時間，并且在準確性更高的同時保持了數(shù)據(jù)的一致性。
振動數(shù)據(jù)的分析功能使得工程師能夠計算出通過部件傳遞的能量，從而判定出設計夾緊裝置的接觸面所需的阻尼級。根據(jù)以前的實際經(jīng)驗，工程師了解聚合體的吸收性質(zhì)，因此，他們設定了接觸面的大小，達到期望的減振效果。
基于這些特定的要求，構建VDP物理樣機，進行同樣的結構模態(tài)試驗和工況試驗。使用LMS Test.Lab對加工過程進行了試驗，顯示出安裝了VDP系統(tǒng)的工件測得的振動幅值有所降低。安裝VDP和沒有安裝VDP測量的試驗數(shù)據(jù)之間進行比較，通過反復試驗測試，來調(diào)整阻尼接觸面的設計，盡可能地減少振動，同時還要保持工件的穩(wěn)定性并符合夾緊系統(tǒng)的裝配要求。
集成性試驗平臺的優(yōu)勢
“由于開發(fā)新的產(chǎn)品理念，需要反復進行振動試驗，LMS Test.Lab為我們提供了一個統(tǒng)一的測試平臺，使得我們提高了試驗的速度和精確度，“Rashid表示。“以前，我們需要一個單獨的軟件進行模態(tài)和工況試驗的數(shù)據(jù)采集，一個軟件負責模態(tài)分析，然后是第三個軟件用于生成加工試驗頻率圖。”他解釋說由于系統(tǒng)之間是相互獨立的，不同的人使用這些軟件，通常會造成常規(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，并且容易出現(xiàn)錯誤，因為很多情況下數(shù)據(jù)不能完全轉(zhuǎn)化，因此不得不進行手工操作。
“我們需要一個獨立的、集成的平臺來幫助我們以更快的速度，更準確地實現(xiàn)振動試驗。我們需要快速試驗，并同時獲得結果，而不希望在不同的系統(tǒng)之間相互切換。使用LMS Test.Lab，我們能夠在幾個小時內(nèi)就完成試驗和分析結果。工作效率的提高對于我們來說至關重要，因為我們?yōu)榱藵M足各種加工應用和不同的工件尺寸而設計各種模型，包括為某些客戶特制的VDP。“
Rashid認為LMS Test.Lab的工作表和模板特別有利于縮短振動試驗的設置時間。“LMS Test.Lab有很多針對特性功能的工作表，例如模態(tài)試驗、時域數(shù)據(jù)處理和信號測試，“他說。此外，模板還有儀器靈敏度設置，和其他自動化實現(xiàn)的功能，不再需要工程師手工設置。System 3R報告指出試驗的設定時間至少減少30%。
“LMS Test.Lab使得我們能夠更快更準確地進行各種振動試驗，避免了時間的延誤，并降低了出錯的概率。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)固公司在全球市場的領軍位置，而LMS系統(tǒng)正是我們技術創(chuàng)新的最佳合作伙伴。”
