CN107433492A - 一种铣削颤振测试件及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铣削颤振测试件及其测试方法，本发明的铣削颤振试件上设置有基准面和斜面，基准面与斜面分别覆盖有T形测试区，T形测试区内设置有直线测试区和圆角测试区，刀具首先铣削斜面覆盖的T形测试区，测量颤振发生时的铣削深度，调整刀具铣削深度，铣削基准面内的T形测试区，基准面主要用于测量用斜面铣削时不发生颤振的铣削深度在基准面的直线测试区和圆角测试区的铣削颤振情况，从而得到稳定的参数，加工过程中为避免发生颤振，铣削时的切深需保持在该值以下，测试件可以测量不同圆角、圆角形成角度、铣削高度时的铣削颤振情况，试验简便可靠，不需要复杂的测量及分析设备。

Description

一种铣削颤振测试件及其测试方法

技术领域

本发明涉及机械加工领域，具体的说是一种铣削颤振测试件及其测试方法。

背景技术

航空结构件加工中，轮廓铣削应用十分广泛，而在轮廓铣中，圆角铣削的问题十分突出，不合理的切削参数常会导致圆角铣处产生颤振，极易损伤刀具和零件。

铣削颤振是制约高速铣削效率提升的一大因素，铣削颤振的发生与铣削时的主轴转速、铣削深度等加工参数及机床特性密切相关。实际加工中为避免铣削颤振的发生，常采用降低铣削参数的方式，这极大限制了高速铣削的效率。不同机床的特性各异，对铣削颤振的影响也不同，若不考虑该因素，很有可能造成铣削颤振的发生，威胁产品质量及设备安全。

当前对直线铣削颤振机理分析较为完善，并可通过实验确定较为可靠的切削参数。而圆角铣削中，切削厚度及切入角处在动态变化中，分析及研究更为困难。通过查阅相关文献可知，铣削过程中的颤振主要由于铣削为断续切削过程，加工时切削厚度为动态变化值，由此引起加工刀具和工件的自激震荡，当此震荡的频率大于机床、刀具、工件综合***的固有模态频率时即会引起颤振。通过对铣削加工过程的动态建模和分析，可以得出铣削颤振与转速、铣削深度及通过锤击法获得的机床、刀具、工件综合***的传递函数间的关系，并绘制出铣削稳定瓣图，获得稳定铣削不发生颤振的加工参数。

但该方法较为复杂，且对于不同的刀具、工件均需进行锤击实验以获得传递函数。实际应用中，常通过试切楔形件的方式获得直线稳定铣削不发生颤振的加工参数。但对于圆角铣削过程中，仍缺乏合适试切件及可靠试验方式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铣削颤振测试件及其测试方法，用于解决数控铣削加工中由于机床特性、断续铣削、工艺参数的不合理设置引发铣削颤振的问题。

进一步地讲，本发明的铣削颤振试件上设置有基准面和斜面，基准面与斜面分别覆盖有T形测试区，T形测试区内设置有直线测试区和圆角测试区，刀具首先铣削斜面覆盖的T形测试区，测量颤振发生时的铣削深度，调整刀具铣削深度，铣削基准面内的T形测试区，基准面主要用于测量用斜面铣削时不发生颤振的铣削深度在基准面的直线测试区和圆角测试区的铣削颤振情况，从而得到稳定的参数，加工过程中为避免发生颤振，铣削时的切深需保持在该值以下。

本发明通过下述技术方案实现：

一种铣削颤振试件及其测试方法，一种铣削颤振试件件，包括基座，所述基座上设置有用于固定基座的通孔；所述基座的上表面固定有侧面设置有两个及两个以上T形测试区的铣削测试体，所述铣削测试体的上表面设置有斜面、基准面，所述T形测试区的弯折处设置有圆角测试区，所述T形测试区与斜面底端相交处为铣入区；一种铣削颤振测量方法，包括以下步骤：

S1.根据需要进行颤振测试的圆角R值、圆角形成角度、铣削高度选择相应规格的颤振测试件，调整机器转速；

S2.通过基座的通孔将颤振试件固定在机床工作台上；

S3.刀具以一定的轨迹依次铣削测试区；

S4.检测颤振试件上刀具的铣削轨迹，在颤振区测量颤振发生时的铣削深度，以不超过发生颤振时的铣削深度值为安全铣削参数。

优选地，所述T形测试区还包括直线测试区和过度圆角，所述过度圆角设置在直线测试区的端头，所述基准面与刀具垂直。

优选地，所述两个相邻T形测试区的距离大于刀具直径，所述梯形测试区的高度为10毫米到100毫米。

优选地，所述圆角测试区包括圆角铣入区、测试圆角、圆角铣出区，所述圆角铣入区和圆角铣出区分别设置在测试圆角的两侧。

优选地，所述斜面与基准面分别覆盖有一个或者多个T形测试区。

优选地，所述步骤S3根据将要加工产品的材料以及使用刀具，调整机器转速，刀具从斜面覆盖铣入区铣入，依次铣削斜面覆盖的所有T形测试区，刀具在斜面铣削过程中铣削深度不断变化，斜面用于检测铣削发生颤振时的铣削深度，根据斜面铣削测量出不发生颤振时的铣削深度，将刀具调整到不发生铣削颤振的铣削深度，刀具从基准面与斜面的顶部相交处铣入，刀具依次铣削基准面覆盖的圆角铣入区、测试圆角、圆角铣出区、直线测试区、过度圆角，通过过度圆角刀具连续铣削基准面覆盖的所有T形测试区，刀具在基准面铣削过程中深度保持不变，基准面主要用于测量用斜面铣削时不发生颤振的铣削深度在基准面的直线测试区和圆角测试区的铣削颤振情况。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)颤振测试件设置有斜面区，斜面区覆盖多个T形测试区，斜面区铣削过程深度不断变化，可以从刀具铣削斜面区的铣削痕迹中检测出发生颤振时铣削深度。

(2)基准面铣削过程中铣削深度一定，基准面检测斜面区获得的不发生颤振铣削深度的参数，可以同时获得用斜面区不发生颤振深度参数铣削基准面上的直线测试区和圆角测试区的铣削颤振情况，测试方式简单，实用。

(3)测试件可以测量不同圆角、圆角形成角度、铣削高度时的铣削颤振情况，试验简便可靠，不需要复杂的测量及分析设备。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明俯视图；

其中1-测试体，2-基座，3-通孔，4-斜面，5-基准面，6-测试圆角，7-铣入区，8-过度圆角，9-圆角铣入区，10-圆角铣出区。

具体实施方式

下面结合本发明的优选实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

结合附图1、附图2所示，一种铣削颤振试件，一种铣削颤振试件，包括基座2，所述基座2上设置有用于固定基座2的通孔3；所述基座2的上表面固定有侧面设置两个及两个以上T形测试区的铣削测试体1，所述铣削测试体1的上表面设置有斜面、基准面5，所述T形测试区的弯折处设置有圆角测试区，所述T形测试区与斜面底端相交处为铣入区7。

结构原理：

铣削颤振试件基座2放置测试体1，通过通孔3将基座2固定在机床上，测试体1的侧面设置有两个及两个以上的T形测试区，刀具以一定轨迹从T形测试区铣削，T形测试区可以测试铣削的颤振情况，测试体1的上表面分为基准面5与斜面，基准面5与刀具垂直，基准面5和斜面分别覆盖有T形测试区，刀具铣削斜面过程中铣削深度不断变化，监测观察刀具在斜面的铣削痕迹，测量发生颤振时的铣削深度值，可以获得稳定的铣削加工参数，T形测试区内设置有圆角测试区，刀具以一定的轨迹铣削圆角测试区，通过测量可以获得圆角铣削颤振的铣削深度值，在T形测试区与斜面的底端的相交处为铣入区7，刀具首先从铣入区7铣入。

实施例2：

为了保证铣削过程的稳定及连贯性，在实施例1的结构和原理的基础上，进一步结合附图1、附图2所示，本实施例中所述T形测试区还包括直线测试区和过度圆角8，所述过度圆角8设置在直线测试区的端头，所述基准面5与刀具垂直。

结构原理：

因为测试区的形状为T形，为了保证铣削过程的稳定及连贯性，T形测试区的端面处设置有过度圆角8，刀具从直线测试区铣出后可以直接铣削T形上的过度圆角8，保持铣削的连贯性，为了得到稳定测试参数，方便检测铣削颤振的情况，基准面5与刀具垂直，刀具铣削基准面5的直线测试区和圆角测试区过程中深度保持不变，可以获得以相同的转速和铣削深度，刀具铣削直线和圆角时的铣削颤振情况。

实施例3：

为了更好监测出刀具在圆角测试区的铣削颤振情况，在实施例1的结构和原理的基础上，进一步结合附图1、附图2所示，本实施例中所述圆角测试区包括圆角铣入区9、测试圆角6、圆角铣出区10，所述圆角铣入区9和圆角铣出区10分别设置在测试圆角6的两侧。

结构原理：

在铣削颤振测试时，刀具先经过圆角铣入区9，在圆角铣入区9经过一段距离的直线铣削后刀具进入圆角测试区，保证圆角铣削处的颤振测试的稳定性，圆角铣出区10保证刀具在圆角处平稳铣出。

实施例4：

在实施例1-3的任意实施例的基础上，本实施例中一种颤振测试方法具体步骤为：

S1.根据需要进行颤振测试的圆角R值、圆角形成角度、铣削高度选择相应规格的颤振测试件，调整机器转速；

S2.通过基座2的通孔3将颤振试件固定在机床工作台上；

S3.刀具以一定的轨迹依次铣削测试区；

S4.检测颤振试件上刀具的铣削轨迹，在颤振区测量颤振发生时的铣削深度，以不超过发生颤振时的铣削深度值为安全铣削参数。

方法原理：

首先，根据即将加工工件的圆角、圆角形成角度、铣削高度选择相应铣削颤振测试件，所述铣削颤振测试件T形测试区内的圆角与即将加工工件的圆角直径相等，所述测机件的高度大于发成铣削颤振时的深度，然后，将螺栓通过基座2上的通孔3，将基座2固定在机床上，接着，刀具以设定好的轨迹铣削测试区，最后，检测刀具在测试区留下的铣削痕迹，测量发生铣削颤振时的铣削深度，以不超过发生颤振时的铣削深度值为安全铣削参数，为了保证铣削精度可以用一个新的铣削颤振测试件再进行一次铣削颤振测试，或者采用多次测试取最小值的方式，以多次测试获得的安全铣削深度中的最小值为最终安全铣削极限深度。

实施例5：

为了保证测试数据的稳定及准确，同时既能获得直线铣削及圆角铣削颤振的铣削深度值，在实施例4的结构和原理的基础上进一步结合附图1、附图2所示，所述刀具从测试体1斜面覆盖的铣入区7铣入，依次铣削斜面覆盖的所有T形测试区，刀具在斜面铣削过程中铣削深度不断变化，斜面用于检测铣削发生颤振时的铣削深度，根据斜面铣削测量出不发生颤振时的铣削深度，将刀具调整到不发生铣削颤振的深度的范围内，刀具从基准面5与斜面的顶部相交处铣入，刀具依次铣削基准面5覆盖的圆角铣入区9、测试圆角6、圆角铣出区10、直线测试区、过度圆角8，通过过度圆角8刀具连续铣削基准面5覆盖的所有T形测试区，刀具在基准面5铣削过程中深度保持不变，基准面5用于测试刀具在圆角铣削和直线铣削的颤振情况。

方法原理：

刀具在斜面覆盖区以一定的轨迹铣削T形测试区，铣削过程中刀具的铣削深度不断变化，通过观察刀具在斜面留下的铣削痕迹，可以直观的分辨出颤振发生时所对应的铣削深度，将斜面铣削测试获得最大铣削安全深度，作为极限铣削深度参数，将刀具调整到不发生铣削颤振的深度的范围内，刀具从基准面5与斜面的顶部相交处铣入，刀具依次铣削基准面5覆盖的圆角铣入区9、测试圆角6、圆角铣出区10、直线测试区、过度圆角8，基准面5主要用于测量用斜面铣削时不发生颤振的铣削深度在基准面5的直线测试区和圆角测试区的铣削颤振情况，从而确定安全的铣削参数，在铣削过程中，可以对不同转速和不同铣削深度同时进行测试。

实施例6：

如下表所示，本实施例以不锈钢为材质进行了一次颤振测试，机器刀具转速为每分钟1500转，选取了从0.5毫米到9毫米之间的深度值作为记录点，铣削深度在1毫米以下直线铣削和圆角铣削颤振不明显，不影响产品加工质量，在铣削深度到达2毫米时，圆角铣削发生了微颤振，铣削痕迹粗糙，直线铣削无明显变化，铣削深度在4毫米时，直线铣削产生铣削颤振，表面粗糙，铣削深度在7毫米的时候，直线铣削和圆角铣削发生严重颤振，可以直接观测到颤振严重，铣削深度9毫米时，颤振严重。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种铣削颤振试件，其特征在于，包括基座(2)，所述基座(2)上设置有用于固定基座(2)的通孔(3)；所述基座(2)的上表面固定有侧面设置两个及两个以上T形测试区的铣削测试体(1)，所述铣削测试体(1)的上表面设置有斜面(4)、基准面(5)，所述T形测试区的弯折处设置有圆角测试区，所述T形测试区与斜面(4)底端相交处为铣入区(7)。

2.根据权利要求1所述的一种铣削颤振试件，其特征在于，所述T形测试区还包括直线测试区和过度圆角(8)，所述过度圆角(8)设置在直线测试区的端头，所述基准面(5)与刀具垂直。

3.根据权利要求1所述的一种铣削颤振试件，其特征在于，所述圆角测试区包括圆角铣入区(9)、测试圆角(6)、圆角铣出区(10)，所述圆角铣入区(9)和圆角铣出区(10)分别设置在测试圆角(6)的两侧。

4.根据权利要求2-3中任意一项所述的一种铣削颤振试件，其特征在于，所述斜面(4)与基准面(5)分别覆盖有一个或者多个T形测试区。

5.根据权利要求4所述的一种铣削颤振试件，其颤振测试方法为：

S1.根据需要进行颤振测试的圆角R值、圆角形成角度、铣削高度选择相应规格的颤振测试件，调整机器转速；

S2.通过基座(2)的通孔(3)将颤振试件固定在机床工作台上；

S3.刀具以一定的轨迹依次铣削测试区；

S4.检测颤振试件上刀具的铣削轨迹，在颤振区测量颤振发生时的铣削深度，以不超过发生颤振时的铣削深度值为安全铣削参数。

6.根据权利要求5所述的一种颤振测试方法，其特征在于，所述S3根据将要加工产品的材料以及使用刀具，调整机器转速，刀具从斜面(4)覆盖铣入区(7)铣入，依次铣削斜面(4)覆盖的所有T形测试区，刀具在斜面(4)铣削过程中铣削深度不断变化，斜面(4)用于检测铣削发生颤振时的铣削深度，根据斜面(4)铣削测量出不发生颤振时的铣削深度，将刀具调整到不发生铣削颤振的深度的范围内，刀具从基准面(5)与斜面(4)的顶部相交处铣入，刀具依次铣削基准面(5)覆盖的圆角铣入区(9)、测试圆角(6)、圆角铣出区(10)、直线测试区、过度圆角(8)，通过过度圆角(8)刀具连续铣削基准面(5)覆盖的所有T形测试区，刀具在基准面(5)铣削过程中深度保持不变，基准面(5)用于测试刀具在圆角铣削和直线铣削的颤振情况。