[發明專利]一種車削大螺距梯形外螺紋的振動測試方法

有效

• 申請號: 201610118492.3
• 申請日: 2016-03-02
• 公開（公告）號: CN105699035B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 姜彬;孫彬;李哲;崔琎
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙)23209
• 代理人: 榮玲

技術領域：

本發明涉及一種螺紋車削加工中振動對螺紋加工質量影響的測試方法，具體涉及一種車削大螺距梯形外螺紋的振動測試方法。

背景技術：

螺距16mm梯形螺桿是大型壓力機的重要調整組件，其車削加工精度和加工表面質量對壓力機整機的動靜態精度具有重要影響。此類工件屬于非標準件，工件直徑和軸向尺寸大，螺紋槽寬且深，其車削加工工序采用全切深、左右交替式軸向進給切削方式，利用刀具左右切削刃分別形成梯形螺桿左右螺紋面。車削大螺距梯形螺桿時，一方面要求以極大的金屬去除率來減少占機時間，另一方面要求低切削振動和高加工表面質量。在采用低速、大切深、高進給工藝方案切削螺桿過程中，機床、刀具和工件的振動，引起刀具與工件的切削接觸關系不斷變化，使螺紋加工表面形成過程處于不穩定狀態，直接影響螺紋加工表面質量、加工精度和加工效率。

螺紋車削加工中的振動可分為自由振動、強迫振動、自激振動和低幅值隨機振動，這些振動與加工系統本身關系密切，對螺紋加工表面質量、加工效率和刀具使用壽命影響較大。目前，在螺紋車削振動研究方面，對機床自身振動引起的切削顫振做了較深入研究，但對切削過程中離心力和動態切削力引起的振動研究較少，已有的螺紋車削振動測試方法以檢測機床振動為主要目標，通過對被測工藝系統施加外在激勵以達到振動測試目的，振動測試中施加的外部激勵單一，沒有綜合考慮機床、工件、刀具所產生的多種振動激勵對加工表面形成過程的影響，獲得的振動測試結果和動力學模型無法解決多種振動激勵作用下的大螺距螺桿車削振動問題，沒有綜合考慮振動多特征量之間共同作用對大螺距螺桿加工表面形成過程的影響，主要原因是認為切削中的強迫振動可以通過修改系統結構，調整切削參數和采用減振裝置避免。然而，螺桿結構的變化和刀具結構的多樣化，特別是加工過程中左右螺紋面切削工藝方案的調整，使已有的動力學模型和振動檢測方法難以達到實用化程度。采用現有的振動檢測方法和動力學建模方法，無法正確揭示出大螺距螺桿加工表面形成中的振動類型和影響程度，車削大螺距螺桿減振困難，難以獲得優良的工藝方案。

發明內容：

本發明為克服現有技術的不足，提供了一種車削大螺距梯形外螺紋的振動測試方法，其以機床主軸轉速10rpm和25rpm分別進行機床主軸空轉振動和主軸帶動工件空轉的離心力振動實驗，采用粗加工車刀以轉速25rpm、徑向切深4mm、軸向加工余量0.25mm和0.50mm的工藝方案進行切削螺桿振動試驗，提取出六種振動特征參數，建立機床、工件離心力和切削力三種振動激勵顯著性影響判斷；采用精加工車刀以轉速10rpm、徑向切深8mm、軸向加工余量0.05mm的工藝方案，進行車削螺距16mm梯形外螺紋振動實驗，獲取車削過程中五種加工狀態下的振動數據，測試出機床振動、離心力振動與切削力振動對大螺距螺桿車削過程的影響，為高效、精確車削大螺距螺桿的工藝設計提供了依據。

本發明的車削大螺距梯形外螺紋的振動測試方法，為實現上述目的所采用的技術方案包括以下步驟：

步驟一、設計并構建出一個用于測試螺距16mm梯形外螺紋車削振動的實驗裝置，該裝置由機床、螺距16mm梯形螺桿、粗加工螺紋車刀、精加工螺紋車刀、二個高頻傳感器、二個低頻傳感器和振動信號測試分析系統組成；

步驟二、安裝螺桿和加速度傳感器，螺桿采用機床主軸端部的三爪卡盤和機床尾座上的頂尖定位、夾緊，在機床上部最接近主軸端部的固定位置處和刀具底部各安放一個高頻傳感器，在機床最接近主軸端部的固定位置側面和刀具側面各安放一個低頻傳感器；

步驟三、刀具分別采用粗加工螺紋車刀和精加工螺紋車刀，在機床主軸空轉、機床主軸帶動工件空轉和刀具切削三種工況條件下，分別通過兩個高頻傳感器和兩個低頻傳感器檢測機床主軸和刀具的振動響應，具體是：首先，變換不同轉速，測試機床主軸空轉時主軸和刀具上的振動響應，判別機床的動力穩定性；其次，變換不同轉速，測試機床主軸帶動工件空轉時主軸和刀具上的振動響應，識別工件的離心力的振動響應；最后，采用預定轉速和進給速度，測試切削過程中主軸和刀具上的振動響應，識別刀具的切削力振動響應；

步驟四：從步驟三中檢測的振動響應中的振動時域和頻域信號中提取峭度K、刀具切削前的振動加速度a_T、切削過程中的振動加速度a_t、頻譜值E_p、主頻f_p和主頻數量m_p，再根據式(1)利用a_T和a_t求解出均方根值a₀和a_rms：