[发明专利]铣削过程振动规律实验数据的采集用模型及采集方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种实验数据采集用模型及采集方法，尤其涉及一种金属切削过程振动规律实验数据采集用模型及采集方法。

背景技术

铣削加工过程中所产生的振动源于刀具和工件之间的相互摩擦，这种摩擦直接反映在切削力(例如铣削力)的大小上。由于铣削力同切削厚度、机床的综合自激系统模态成正比，因此，铣削力的存在会导致机床系统的不稳定震颤。如果在高速铣削过程中不能有效降低振颤，那么加工出的零件表面的粗糙度会比较大，同时还会加大刀具的磨损，增大机床的动态载荷。所以，通过一种合理的测试方法，预测并验证高速铣削过程中稳定的切削条件，研究铣削过程的高频振颤趋势，从而确定出合理的切削参数，对于提高工件表面加工质量，减缓刀具磨损有着重要的意义。

上世纪以来，国内外研究人员在切削过程的震颤方面做了大量的研究，建立了多个切削力相关模型并得以验证，但这些切削试验方法多是基于被加工零件或者车削刀具，主要研究切削刃部分对刀具的破损和零件的表面质量的影响；同时，为实现加工前预测和控制表面粗糙度，以往建立的表面粗糙度预测模型主要采用回归分析方法。然而，由于铣削加工过程比较复杂，影响工件表面粗糙度的因素很多，很难建立起精确的回归模型，从而导致现有方法的预测精度不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、成本低的铣削过程振动规律实验数据的采集用模型，还提供一种工艺过程简单、操作方便、获取的实验数据准确、可有效应用于刀具铣削过程振动规律的研究及预测、并可有效提高刀具切削精度和刀具使用寿命的采集刀具铣削过程振动规律实验数据的方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种铣削过程振动规律实验数据的采集用模型，所述模型包括工件本体，工件本体上开设有一个以上的弯曲状半封闭沟槽，所述沟槽的开口端设于工件本体的边缘，沟槽的封闭端设于工件本体内部。

上述的模型中，沟槽的形状并无严格要求，可以为光滑的曲线状或者多段线形成的折线状。

上述的模型中，所述沟槽内优选设有一个以上的支撑块(该支撑块优选为圆柱体状或长方体状)，所述支撑块与沟槽之间为过盈配合。优选的，所述支撑块的宽度B比沟槽的宽度W大0.05mm～0.1mm。当沟槽内设置支撑块时，所述沟槽的宽度W最优选为1mm～2mm。当所述沟槽内不设置支撑块时，所述沟槽的宽度W最优选为0.5mm～1.5mm。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种用上述的模型采集刀具铣削过程振动规律实验数据的方法，包括以下步骤：

(1)铣削加工：以所述模型作为加工对象，并以机床允许的切削速度v沿该模型的工件本体边缘进行铣削加工，当铣削到所述沟槽的封闭端时，沟槽内侧所包围成的半岛状悬空块迅速脱落，立即停止铣削加工，并收集脱落的悬空块；

(2)单组数据的获取：对收集到的具有完整表面的悬空块进行包括显微镜表面拍摄、表面轮廓度测量在内的各种测量工作，并对测量后得出的包括表面纹路深度、表面纹路间距在内的各项参数进行分析、校正，获得某一切削条件的单组实验数据；

(3)多组数据集的获取：改变包括切削参数或切削方式在内的各种切削条件，重复上述步骤(1)～(2)，获得一系列能反映刀具铣削过程振动规律的多组实验数据。

通过分析获取的不同悬空块的表面轮廓，我们可以获得一系列对研究铣削过程振动规律及刀具结构设计具有重要意义的实验数据，通过分析对比这些实验数据便可对铣削过程中的振动规律进行研究和预测。

作为对上述采集刀具铣削过程振动规律实验数据的方法的进一步改进，所述铣削加工步骤中，控制所述铣削加工的切削深度Ap，使切削深度Ap大于所述工件本体的厚度L。更优选的，所述切削深度Ap比所述工件本体的厚度L大0.5mm～1mm。

作为对上述采集刀具铣削过程振动规律实验数据的方法的进一步改进，所述沟槽的封闭端与其开口端所在的工件本体边缘侧的垂直距离t与所述铣削加工步骤中控制的切削宽度Ae、所选用的铣刀直径D的关系为：t＜Ae＜0.5D。更优选的，所述t的取值范围为：0.3D≤t≤0.4D。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过采用一种非常简单的工件模型，并结合简单的采集方法，便可方便地获得各种独立的加工表面，通过直观地观察、分析刀具振动在加工表面形成的映射，便可获得铣削加工时刀具振动的相关信息，从而对铣削加工中的刀具振动进行研究、预测和控制，以便于提高铣削加工时的加工精度和刀具的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例中实验数据采集用模型的结构示意图；