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摘 要：目前工業界對非圓孔加工的迫切要求，使變切深鏜孔技術正在受到國內外學者越來越多的關注，超磁致伸縮材料（Giant Magnetostrictive Microdisplacenet-GMM）的出現和應用使鏜床用來加工非圓異型孔的技術成為了可能?；贕MM的數控鏜床將使異型孔加工精度和效率大大提高，具有很高的現實意義和經濟效益。
關鍵詞：超磁致伸縮材料；鏜床：非圓孔

一、引言

經典數控系統的多坐標插補的方法可以實現對于孔的自動化加工。雖然在加工非圓孔過程中采用數控銑床也能達到加工精度要求，但是其加工效率低、費用高，在加工大批量機械產品時，比如活塞體上的異型孔，會體現出其加工經濟性差的缺點。*，鏜床的加工效率和加工精度在機械加工機床中是比較高的，因此可以通過合理設計鏜床來實現對異型孔的加工。

GMM可以將電磁能轉換成機械能或風能，相反也可以將機械能轉換成電磁能，是一種重要的能量轉換功能材料。GMM具有應變大、能量密度高、機電耦合系數大、響應速度快和輸出力大等優點，使得其在鏜床微驅動器的研究領域展現出廣闊的應用前景。

二、GMM簡介

鐵磁材料和亞鐵磁材料由于磁化狀態的改變，其長度和體積都要發生微小的變化，這種現象稱為磁致伸縮現象。此現象晟早由物理學家焦耳（Joule）發現，后來人們發現鎳、鈷、鐵及其合金有明顯的磁致伸縮效應。具有這種效應的材料稱為GMM，目前GMM材料以稀土一鐵、稀土一鐵和鐵一鎵為代表，應用zui廣。磁致伸縮現象有三種表現形式：①沿著外磁場方向尺寸大小的相對變化，稱為縱向磁致伸縮：②垂直外磁場方向尺寸大小的相對變化，稱為橫向磁致伸縮：③材料體積大小的相對變化，稱為體積磁致伸縮。磁致伸縮，外加磁場前長度為10，在磁場作用下長度沿著H方向增加△1。

三、基于GMM的鏜刀刀桿磁致伸縮致動器的研究

鏜床的數控系統根據待加工異型孔的形狀，計算出刀具加工過程中徑向偏置位置；根據機械執行機構確定磁致伸縮致動器的伸長量；根據GMM的磁場一應變關系得到勵磁磁場的大??；zui后由磁場推算出勵磁電流的大小。實現刀具在加工過程中徑向位置改變的控制是通過控制勵磁電流的大小控制的。

磁致伸縮致動器的結構原理，勵磁線圈在通入一定得電流后產生相應的磁場，GMM在驅動磁場作用下產生伸縮變化，磁致伸縮棒發生伸縮運動，產生應變和應力，其宏觀表現為位移與力的輸出，從而實現電磁能向機械能的轉換。再通過機械裝置實現刀具在加工孔的徑向位置的改變，從而實現異形孔加工。

超磁致伸縮微位移致動器進給精度可達亞微米級，用于精密和超精密加工領域，是改善自動控制技術、提高產品精度及反應速度的是一代產品；而鏜床在加工過程中的加工效率高、費用低、應用廣泛。因此GMM用于鏜床的結構設計無疑將是zui大的創新之處，其工業前景廣闊。

超磁致伸縮致動器與傳統致動器相比有以下優點；伸縮沖程大：

響應速度快：小于1μs；抗壓強度高：大于700MPa；工作電壓低：幾伏到幾十伏；可靠性高：無疲勞老化。

超磁致伸縮微位移執行器的應用離不開驅動電源。執行器的靜態和動態使用性能在很大程度上離不開驅動電源的性能。根據GMM驅動磁路的特點，其驅動電源有以下特點：穩定特性和線性度好、有較高的頻率響應、恒流源采取數字量控制的結構等。通?？梢苑€定性高、電路簡單可靠的連續調整型恒流源作為超磁致伸縮微位移執行器驅動磁場的可控恒流源部分。此系統采用單閉環負反饋PID（比例、積分、微分）算法控制，縮短上升時間，減小超調量，減小了輸出電流的偏差?？梢赃_到致動器的進給精度。

驅動電源的電能可以通過高速水銀滑環傳輸到勵磁線圈，這就解決了供電問題。下圖是杭州全盛電氣有限公司生產的水銀式電氣滑環。

四、總結

此研究方案的引出，不僅僅是涉及到GMM材料的應用，如果要實現其在工業中的應用，還要到數控插補算法、接口技術、自動控制技術和電源電路技術等。產品的研制成功將給異型孔加工帶來春天。（end）