[发明专利]一种检测机床切削能力的测试试件及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于检测机床切削能力的测试试件，属于机床应用领域。

背景技术

美国航空航天工业协会(AIA)发布了一系列用于机床切削检测的标准零件National Aerospace Standard（NAS），用于检测机床是否合格以及定期对机床进行精度复检。随后，ISO组织公布了用于检测加工中心精度的标准试件。ISO 10791第七部分定义了两种类型的精加工试件，每种类型有两种规格尺寸。第一种试件用于评定定位精度和轮廓误差，以检验加工中心的几何特性。第二种试件用于检测两次间隔面铣削过程中是否存在接刀痕，用于评价机床Z轴精度是否一致。NAS 979公布了一种用于检测五轴加工轮廓精度的圆锥台试件。德国生产协会也发布了多种用于评价机床加工精度的测试试件，其中包括可用来检测五轴机床加工精度的两种类型测试试件。经过多年发展，国际上出现了多种用于检测机床精度的测试试件，大部分检测元素都与ISO标准相似。然而，无论是三坐标测试件还是五座标测试件，都是用来评定机床加工精度是否符合设计和验收要求的测试试件，都无法进行机床最大切削能力的测试和评定。

发明内容

为了解决上述存在的技术问题，本发明提出了一种基于铣削颤振理论检测机床切削能力的测试试件及其应用，结合颤振理论，测试机床发生颤振时的振动状况，对机床切削能力综合评定，该试件既可以配合传感器应用，也可以在无传感器工况下应用。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：一种检测机床切削能力的测试试件，其特征在于：测试试件由四个测试区域构成，所述的第一测试区的作业面是位于水平方向的台阶面，所述的水平方向的台阶面的各阶梯高度差一致，阶梯高度沿水平方向逐级递增，阶梯宽度一致，阶梯长度一致；所述的第二测试区在水平面内与第一测试区相邻，第二测试区的作业面为一个位于水平方向的倾斜面；所述的第三测试区垂直于第一测试区，第三测试区的作业面是位于垂直方向的台阶面，所述垂直方向的台阶面高度差一致，阶梯高度沿垂直方向从上至下逐级递减，阶梯宽度一致，阶梯长度一致，所述的第四测试区垂直于第二测试区，第四测试区的作业面为垂直方向的平面，所述的第一测试区所在的水平面与第三测试区所在的垂直面之间设有隔离区台阶，所述的第二测试区所在的水平面与第四测试区所在的垂直面之间设有隔离区台阶，所述的各测试区域之间设有退刀槽。

前述测试试件在检测机床切削能力中的应用。

具体应用过程如下：在测试试件上三次装夹铣刀，进行铣削试验，由加工后的测试试件的表面轮廓分布可以直观看出发生颤振的表面和稳定切削的表面临界区域，使用长度测量工具测量已加工表面临界区域尺寸，即可获得发生颤振对应的轴向切深、径向切深、转速等参数；并在第三次装夹时，由变转速-切深组合试验得到的加工表面，记录整个加工表面的纹理分布，测量颤振-稳定切削的临界位置与切削基准间的尺寸，由测绘数据结合给定切削参数，绘制颤振稳定图，进而评估机床切削能力，即未发生颤振的加工表面对应的切深越大表面切削能力越强。

三次装夹铣刀过程如下：

1）第一次装夹，先将铣刀加载在第一测试区，铣刀采用直径为10mm~20mm的立铣刀；

主轴转速：机床最高转速的50%-70%；

进给方向：由左至右；

每齿进给量：0.05mm/z；

径向切深：1mm；

轴向切深：初始轴向切深1mm，沿水平方向进给，经过每阶梯长度10mm，切深增加1mm，最终轴向切深12mm；

铣削方式：主轴正转，逆铣，侧铣；

铣刀沿第二测试区铣削：先进行主轴正转，逆铣，侧铣；由于第二测试区为一倾斜面，因此，通过与第一测试区相同的侧铣方式即可完成轴向切深由浅到深的连续变参数颤振试验；

采用铣刀直径：10mm~20mm；

主轴转速：机床最高转速的50%-70%；

进给方向：由右至左；

每齿进给量：0.05mm/z；

径向切深：1mm；

轴向切深：初始轴向切深1mm，沿水平方向，经过斜面侧面逐渐增加，最终轴向切深12mm；

再进行变厚度变转速端铣切削试验：利用铣刀端面在第二测试区的斜面上变转速逐行切削斜面，连续6次，形成变转速-切深加工表面；

铣刀直径：6mm；

主轴转速：机床由1000rpm，每隔一行增加1000rpm，共六行，最终6000rpm；

切削进给方向：由右至左；

每齿进给量：0.05mm/z；

步距进给方向：垂直于铣刀前进方向；