[發明專利]銑削過程振動規律實驗數據的采集用模型及采集方法

有效

• 申請號: 201010604126.1
• 申請日: 2010-12-24
• 公開（公告）號: CN102107294A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發明（設計）人: 湯愛民;周志雄;王許超;馮義超;李忠華
• 申請（專利權）人: 株洲鉆石切削刀具股份有限公司;湖南大學
• 主分類號: B23C3/00
• 分類號: B23C3/00;G01H17/00
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 趙洪

技術領域

本發明涉及一種實驗數據采集用模型及采集方法，尤其涉及一種金屬切削過程振動規律實驗數據采集用模型及采集方法。

背景技術

銑削加工過程中所產生的振動源于刀具和工件之間的相互摩擦，這種摩擦直接反映在切削力(例如銑削力)的大小上。由于銑削力同切削厚度、機床的綜合自激系統模態成正比，因此，銑削力的存在會導致機床系統的不穩定震顫。如果在高速銑削過程中不能有效降低振顫，那么加工出的零件表面的粗糙度會比較大，同時還會加大刀具的磨損，增大機床的動態載荷。所以，通過一種合理的測試方法，預測并驗證高速銑削過程中穩定的切削條件，研究銑削過程的高頻振顫趨勢，從而確定出合理的切削參數，對于提高工件表面加工質量，減緩刀具磨損有著重要的意義。

上世紀以來，國內外研究人員在切削過程的震顫方面做了大量的研究，建立了多個切削力相關模型并得以驗證，但這些切削試驗方法多是基于被加工零件或者車削刀具，主要研究切削刃部分對刀具的破損和零件的表面質量的影響；同時，為實現加工前預測和控制表面粗糙度，以往建立的表面粗糙度預測模型主要采用回歸分析方法。然而，由于銑削加工過程比較復雜，影響工件表面粗糙度的因素很多，很難建立起精確的回歸模型，從而導致現有方法的預測精度不高。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種結構簡單、成本低的銑削過程振動規律實驗數據的采集用模型，還提供一種工藝過程簡單、操作方便、獲取的實驗數據準確、可有效應用于刀具銑削過程振動規律的研究及預測、并可有效提高刀具切削精度和刀具使用壽命的采集刀具銑削過程振動規律實驗數據的方法。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為一種銑削過程振動規律實驗數據的采集用模型，所述模型包括工件本體，工件本體上開設有一個以上的彎曲狀半封閉溝槽，所述溝槽的開口端設于工件本體的邊緣，溝槽的封閉端設于工件本體內部。

上述的模型中，溝槽的形狀并無嚴格要求，可以為光滑的曲線狀或者多段線形成的折線狀。

上述的模型中，所述溝槽內優選設有一個以上的支撐塊(該支撐塊優選為圓柱體狀或長方體狀)，所述支撐塊與溝槽之間為過盈配合。優選的，所述支撐塊的寬度B比溝槽的寬度W大0.05mm～0.1mm。當溝槽內設置支撐塊時，所述溝槽的寬度W最優選為1mm～2mm。當所述溝槽內不設置支撐塊時，所述溝槽的寬度W最優選為0.5mm～1.5mm。

作為一個總的技術構思，本發明還提供一種用上述的模型采集刀具銑削過程振動規律實驗數據的方法，包括以下步驟：

(1)銑削加工：以所述模型作為加工對象，并以機床允許的切削速度v沿該模型的工件本體邊緣進行銑削加工，當銑削到所述溝槽的封閉端時，溝槽內側所包圍成的半島狀懸空塊迅速脫落，立即停止銑削加工，并收集脫落的懸空塊；

(2)單組數據的獲取：對收集到的具有完整表面的懸空塊進行包括顯微鏡表面拍攝、表面輪廓度測量在內的各種測量工作，并對測量后得出的包括表面紋路深度、表面紋路間距在內的各項參數進行分析、校正，獲得某一切削條件的單組實驗數據；

(3)多組數據集的獲取：改變包括切削參數或切削方式在內的各種切削條件，重復上述步驟(1)～(2)，獲得一系列能反映刀具銑削過程振動規律的多組實驗數據。

通過分析獲取的不同懸空塊的表面輪廓，我們可以獲得一系列對研究銑削過程振動規律及刀具結構設計具有重要意義的實驗數據，通過分析對比這些實驗數據便可對銑削過程中的振動規律進行研究和預測。

作為對上述采集刀具銑削過程振動規律實驗數據的方法的進一步改進，所述銑削加工步驟中，控制所述銑削加工的切削深度Ap，使切削深度Ap大于所述工件本體的厚度L。更優選的，所述切削深度Ap比所述工件本體的厚度L大0.5mm～1mm。

作為對上述采集刀具銑削過程振動規律實驗數據的方法的進一步改進，所述溝槽的封閉端與其開口端所在的工件本體邊緣側的垂直距離t與所述銑削加工步驟中控制的切削寬度Ae、所選用的銑刀直徑D的關系為：t＜Ae＜0.5D。更優選的，所述t的取值范圍為：0.3D≤t≤0.4D。

與現有技術相比，本發明的優點在于：本發明通過采用一種非常簡單的工件模型，并結合簡單的采集方法，便可方便地獲得各種獨立的加工表面，通過直觀地觀察、分析刀具振動在加工表面形成的映射，便可獲得銑削加工時刀具振動的相關信息，從而對銑削加工中的刀具振動進行研究、預測和控制，以便于提高銑削加工時的加工精度和刀具的使用壽命。

附圖說明

圖1為本發明實施例中實驗數據采集用模型的結構示意圖；