刀具的悬臂越长，刀具受自激或者外激振动就越敏感。对钢质镗杆进行的实验表明，使用复合混凝土作为刀具内核这一技术拥有广阔的应用前景。
作用在机床上的自激和外激振动能够降低切削效率，降低工件的表面质量并加速刀具的磨损。因此，提高机床、刀具、夹具和工件的动态刚性就显得十分必要。除了静态刚度，系统的减振特性也是一个关键参数。通过采用静态刚度较高的钢质外壳，内部采用具备较高减振特性的复合混凝土内核能够提高镗杆的动态特性。到目前为止的实验正尝试将镗杆内核保存在油脂或者橡胶合成物当中。
带复合混凝土内核的镗杆
本文介绍的镗杆外壳为钢质材料，内核为复合混凝土。外围的钢质外壳能够提高镗杆的静态刚度，而内核则能够提高镗杆的动态刚度，从而相应起到减振作用。在确定内核部分尺寸时，需要考虑钢质外壳的抗拉/抗压强度、抗弯强度和弹性形变系数。
为了避免大幅度降低镗杆的静态刚度及其强度，复合混凝土内核的直径不应超过钢质外壳直径的50%至60%。复合混凝土内核的长度也必须限制在镗杆总长度的85%以内，否则将降低镗杆头部的硬度。除此以外，在设计复合混凝土内核结构时，还需要考虑其易碎性和崩刃性。
图1:带有复合混凝土内核的VDI40型
镗杆原型，镗杆重量左起为：2.53
公斤、2.11公斤和1.89公斤。
经过优化的镗杆的工作半径=5xD（D=镗杆直径）。当镗杆的工作半径不超过4xD时，可以全部采用钢质材料，以获得比较令人满意的工作特性。从制作工艺和机械参数角度来看，由环氧树脂和石英砂构成的复合混凝土比较适合作为镗杆内核的填充材料。这两种材料互相混合能够确保较小的材料收缩性以及与钢质外壳之间较好的粘结性。填充材料的颗粒直径最大必须限定在3.6毫米以内，以获得正的流变特性值。复合混凝土中重量比的12%为环氧树脂，88%为石英砂。
制造镗杆原型，第一步需要在现有的全金属结构镗杆上钻孔，然后填入复合混凝土并进行压缩。
动静态性能
动静态性能对工件的表面质量和刀具的磨损情况有着巨大的影响。目前流行的实验性检查方法是模态分析。改进后的动态性能可以提高目标尺寸的表面粗糙度等级。为了达到这个目的，需要在进行纵向试切时测量表面粗糙度和刀具寿命。
实验性的模态分析指的是借助于所谓的自由频率、衰减和刚度（或者使用自由度和加速度）的模态参数来描述振动系统。LMS公司提供的模态分析测量系统将负责整个分析过程的执行和评估。测试头处于自由状态，也就是说需要解除负载，并利用脉冲锤进行激励。整个系统的响应信号由压电石英获取。
图2显示的是测量到的挠性与频率之间的关系。在2.2KHz和2.4KHz之间的1阶自由弯曲频率和自由弯曲振动形式对于切削过程有着决定性的意义。2阶和3阶共振位置处的挠性极低，可以忽略其对切削过程的进一步影响。图3显示的是全钢质镗杆和两种原型镗杆的共振挠性。原型镗杆具有较小的重量，使其1阶自由频率得到提高。25毫米的内核直径可以反过来避免产生平面转动惯量，而平面转动惯量将降低静态刚度。这会使25毫米时的1阶自由频率小于20毫米时的数值。在雷氏衰减过程中也能发现这种效果。
试切和静态性能
在一台Gildemeister数控车床上进行试切。镗杆直接装夹在标准的VDI刀具转塔上（图5）。当装夹长度为100毫米时，工作半径等于200毫米（5xD）。对42CrMo4材料进行内部纵向试切，在两种不同的切削速度和进给量的条件下进行试车。每种情况下都将对粗糙度均值Ra进行测量。表2中显示的是切削量和调整量（实验参数），切削深度将保持0.5毫米不变。第一组参数说明了可能出现的最大值，数值过大时将不可避免地产生爬行现象。
图6显示了试切时目标尺寸上出现的粗糙度结果Ra。在表2中给出的调节参数情况下，粗糙度均值Ra保持了较低的水平。第1组数据能够将粗糙度降低34%，第2组能够降低31%，第3组能够降低49%，第4组能够降低33%。
接下来将按照有限元方法对静态性能进行分析。切削过程中产生的力将根据附表[3]的Kienzle表格和表2中的参数进行计算。因此，第1组数据下产生的切削参数为320牛顿的切削力、128牛顿的进给力和128牛顿的被动力。图7显示的是在标记的力和边界条件下的镗杆有限元模型，及其导致的变形。
当复合混凝土直径增大，镗杆的静态刚度将随之减小。当内核直径为25毫米时，镗杆的变形将达到切削加工时实际许可公差范围内的最大值[4]。
按照表2中的第1组数据，全新开发的镗杆将会产生不同的表面磨损情况。由此可以达到最大的切削量。
图8显示了3种镗杆随切削时间产生的平面磨损走势。在最接近实际的0.4毫米表面磨损情况下，30分钟后将得出其使用寿命。与钢质镗杆作为可转位刀片基座相比，复合混凝土形式镗杆上的可转位刀片的使用寿命可以提高24%。
结语
在较长悬臂的情况下钢质镗杆将由于动态刚度降低而出现弯曲变形。接下来将导致刀具磨损，工件表面质量也随之降低。含有复合混凝土内核的镗杆能够显著提供其动态高度，从而将刀具的使用寿命提高24%，将工件的表面质量提高49%。这些数据证明，复合混凝土结构能够避免静态变形的出现。
