專利名稱：一種用于檢測機床切削能力的測試試件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明創(chuàng)造涉及一種用于檢測機床切削能力的測試試件，屬于機床應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
美國航空航天工業(yè)協(xié)會(AIA)發(fā)布了一系列用于機床切削檢測的標(biāo)準(zhǔn)零件National Aerospace Standard (NAS),用于檢測機床是否合格以及定期對機床進行精度復(fù)檢。隨后，ISO組織公布了用于檢測加工中心精度的標(biāo)準(zhǔn)試件。ISO 10791第七部分定義了兩種類型的精加工試件，每種類型有兩種規(guī)格尺寸。第一種試件用于評定定位精度和輪廓誤差，以檢驗加工中心的幾何特性。第二種試件用于檢測兩次間隔面銑削過程中是否存在接刀痕，用于評價機床Z軸精度是否一致。NAS 979公布了一種用于檢測五軸加工輪廓精度的圓錐臺試件。德國生產(chǎn)協(xié)會也發(fā)布了多種用于評價機床加工精度的測試試件，其中 包括可用來檢測五軸機床加工精度的兩種類型測試試件。經(jīng)過多年發(fā)展，國際上出現(xiàn)了多種用于檢測機床精度的測試試件，大部分檢測元素都與ISO標(biāo)準(zhǔn)相似。然而，無論是三坐標(biāo)測試件還是五座標(biāo)測試件，都是用來評定機床加工精度是否符合設(shè)計和驗收要求的測試試件，都無法進行機床最大切削能力的測試和評定。
發(fā)明內(nèi)容為了解決上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明創(chuàng)造提出了一種基于銑削顫振理論檢測機床切削能力的測試試件，結(jié)合顫振理論，測試機床發(fā)生顫振時的振動狀況，對機床切削能力綜合評定，該試件既可以配合傳感器應(yīng)用，也可以在無傳感器工況下應(yīng)用。本發(fā)明創(chuàng)造的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的一種用于檢測機床切削能力的測試試件，其特征在于測試試件由四個測試區(qū)域構(gòu)成，所述的第一測試區(qū)的作業(yè)面是位于水平方向的臺階面，所述的水平方向的臺階面的各階梯高度差一致，階梯高度沿水平方向逐級遞增，階梯寬度一致，階梯長度一致；所述的第二測試區(qū)在水平面內(nèi)與第一測試區(qū)相鄰，第二測試區(qū)的作業(yè)面為一個位于水平方向的傾斜面；所述的第三測試區(qū)垂直于第一測試區(qū)，第三測試區(qū)的作業(yè)面是位于垂直方向的臺階面，所述垂直方向的臺階面高度差一致，階梯高度沿垂直方向從上至下逐級遞減，階梯寬度一致，階梯長度一致，所述的第四測試區(qū)垂直于第二測試區(qū)，第四測試區(qū)的作業(yè)面為垂直方向的平面，所述的第一測試區(qū)所在的水平面與第三測試區(qū)所在的垂直面之間設(shè)有隔離區(qū)臺階，所述的第二測試區(qū)所在的水平面與第四測試區(qū)所在的垂直面之間設(shè)有隔離區(qū)臺階，所述的各測試區(qū)域之間設(shè)有退刀槽。本發(fā)明創(chuàng)造的有益效果本發(fā)明創(chuàng)造采用上述結(jié)構(gòu)，第一測試區(qū)用來測試機床在其他參數(shù)不變的條件下，階梯性間斷改變切深時機床發(fā)生顫振的切深范圍，第二測試區(qū)用來測試機床在其他參數(shù)不變的條件下，連續(xù)改變切深時機床發(fā)生顫振的切深范圍，第三測試區(qū)用來測試機床在其他參數(shù)不變的條件下，階梯性改變切削寬度時機床發(fā)生顫振的切寬范圍，第四測試區(qū)用來測試機床在只改變主軸轉(zhuǎn)速條件下機床發(fā)生顫振的轉(zhuǎn)速范圍。通過四個測試區(qū)可測試機床不發(fā)生顫振的切深范圍、切寬范圍和轉(zhuǎn)速范圍。另外，由切深-轉(zhuǎn)速組合試驗可在不借助外部設(shè)備時獲得機床顫振穩(wěn)定域曲線。同時結(jié)合顫振理論，采用加工時在工件切削方向安裝加速度傳感器測試機床發(fā)生顫振時的振動狀況，應(yīng)用表面粗糙度儀或輪廓儀測試加工表面輪廓在相應(yīng)顫振時的銑刀頻率、工件頻率，進而識別出發(fā)生顫振時影響加工紋理分布的頻率成分。采用上述方法，綜合評定機床適合切削的最大切削能力范圍。

圖I是本發(fā)明創(chuàng)造的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明創(chuàng)造的另一方向視圖。圖3是圖I中第一測試區(qū)的測試狀態(tài)圖，切削方向由左至右。圖4是圖I中第二測試區(qū)的測試狀態(tài)圖，切削方向由右至左。圖5是圖I中第三測試區(qū)的測試狀態(tài)圖，切削方向由左至右。圖6是圖I中第四測試區(qū)的測試狀態(tài)圖，切削方向由左至右。圖7是本試件第二測試區(qū)變軸向切深-變轉(zhuǎn)速條件下銑刀全寬逐行銑削示意圖，其中切削第I行對應(yīng)的主軸轉(zhuǎn)速lOOOrpm，第2行對應(yīng)轉(zhuǎn)速2000rpm，以此類推，到第6行對應(yīng)主軸轉(zhuǎn)速為6000rpm。圖8是圖7中已加工表面測繪得到的類似仿真計算獲得的顫振穩(wěn)定域曲線圖。圖中I為零件第一測試區(qū)，2為零件第二測試區(qū)，3為零件第三測試區(qū)，4為零件第四測試區(qū)，5為第二測試區(qū)與第四測試區(qū)之間在水平面和垂直面的隔離區(qū)臺階，6為第一測試區(qū)與第三測試區(qū)之間在水平面和垂直面的隔離區(qū)臺階，7為第一測試區(qū)與第二測試區(qū)之間的退刀槽，8為第三測試區(qū)與第四測試區(qū)之間的退刀槽，9為在第一測試區(qū)進行切削試驗設(shè)計的退刀槽，10為在第三測試區(qū)進行切削試驗設(shè)計的退刀槽，11為在第二測試區(qū)進行切削試驗設(shè)計的退刀槽，12為在第四測試區(qū)進行切削試驗設(shè)計的退刀槽，13垂直于第一、二測試區(qū)所在平面的基準(zhǔn)平面，14垂直于第三、四測試區(qū)所在平面的基準(zhǔn)平面，15為加工退刀槽9和10的基準(zhǔn)平面，16為加工退刀槽11和12的基準(zhǔn)平面，17為加速度傳感器，18為刀柄，19為銑刀，20為加速度傳感器信號線，21為第二測試區(qū)中第二部分變轉(zhuǎn)速-切深試驗獲得的包含顫振紋理的加工表面。
具體實施方式
一種用于檢測機床切削能力的測試試件，分為四個測試區(qū)域。其具體結(jié)構(gòu)如下由第一測試區(qū)I的作業(yè)面是位于水平方向的臺階面，所述的水平方向的臺階面的各階梯高度差一致，階梯寬度一致，階梯長度逐級遞增；所述的第二測試區(qū)2與第一測試區(qū)I相鄰，第二測試區(qū)2的作業(yè)面為一個位于水平方向的傾斜面；所述的第三測試區(qū)3垂直于第一測試區(qū)1，第三測試區(qū)3的作業(yè)面是位于垂直方向的臺階面，所述垂直方向的臺階面高度差一致，階梯寬度一致，階梯長度從上至下逐級遞減，所述的第四測試區(qū)4垂直于第二測試區(qū)2，第四測試區(qū)4的作業(yè)面為垂直方向的平面，在各測試區(qū)域之間設(shè)有退刀槽7、8、9、10、11、12，第一測試區(qū)I所在的水平面與第三測試區(qū)3所在的垂直面之間設(shè)有隔離區(qū)臺階6，在第二測試區(qū)2所在的水平面與第四測試區(qū)4所在的垂直面之間設(shè)有隔離區(qū)臺階5。I.測試樣件加工方法[0018]該試件由120mmX 120mmX IOOmm的7075航空鋁合金試料加工而成。具體加工工序如下選用120mmX120mmX100mm試料，在確保各平面都具備作為加工基準(zhǔn)的條件下，以底面為基準(zhǔn)，在試料一角加工出圖I中第四測試區(qū)4和第三測試區(qū)3的頂面臺階5、6，以及第一測試區(qū)I和第二測試區(qū)2之間的退刀槽7，采用逐層面銑削方式每間隔IOmm深度加大Imm加工出第一測試區(qū)I的臺階面；以面13為基準(zhǔn)加工退刀槽8 ;如圖2所示，以面15為基準(zhǔn)加工退刀槽9、10，以逐層面銑削方式每間隔IOmm深度加大Imm加工出第三測試區(qū)3的臺階面；如圖3所示，以面16為基準(zhǔn)，應(yīng)用直徑為10 mm的立銑刀全寬加工出退刀槽11、12，以側(cè)銑方式加工出第二測試區(qū)2的傾斜作業(yè)面。第二測試區(qū)2的垂直方向的平面作為第四測試區(qū)4的作業(yè)面。外連傳感器增加制造系統(tǒng)成本，使用測力儀等裝置裝夾工件又會降低工件和夾具的整體剛度，更易產(chǎn)生顫振。此方法可以在不應(yīng)用加速度傳感器和振動測試系統(tǒng)的前提下，通過直接切削試驗在測試樣件不同作業(yè)區(qū)按如下切削試驗方法，直觀獲得穩(wěn)定切削和不穩(wěn)定切削的參數(shù)范圍和臨界穩(wěn)定區(qū)域。2.切削試驗方法第一次裝夾，第一測試區(qū)，如圖3所示，其中17是單方向加速度傳感器，18是刀柄，19是銑刀，20是加速度傳感器信號線銑刀直徑10mm;主軸轉(zhuǎn)速機床最高轉(zhuǎn)速的50%_70% ；進給方向由左至右；每齒進給量0·05mm/z ；徑向切深1mm;軸向切深初始軸向切深1mm，沿水平方向進給，經(jīng)過每階梯長度10mm，切深增加Imm,最終軸向切深12_ ；銑削方式主軸正轉(zhuǎn)，逆銑，側(cè)銑。第二測試區(qū)第二測試區(qū)加工分為兩個部分。第一部分，如圖4所示，主軸正轉(zhuǎn)，逆銑，側(cè)銑。通過與第一測試區(qū)相同的側(cè)銑方式完成軸向切深由淺到深的連續(xù)變參數(shù)顫振試驗。銑刀直徑10mm;主軸轉(zhuǎn)速機床最高轉(zhuǎn)速的50%_70% ；進給方向由右至左；每齒進給量0·05mm/z ；徑向切深1mm;軸向切深初始軸向切深1mm，沿水平方向，經(jīng)過斜面?zhèn)让嬷饾u增加，最終軸向切深 12mm。第二部分，變厚度變轉(zhuǎn)速端銑切削試驗。利用銑刀端面在第二測試區(qū)2斜面上由退刀槽7開始向面15所在平面方向變轉(zhuǎn)速逐行切削斜面，連續(xù)6次，形成變轉(zhuǎn)速-切深加工表面21，如圖7所示，直至距離面15剩余近5_停止切削，以保留第二測試區(qū)2第一部分切削時獲得的變厚度加工側(cè)表面。[0039]銑刀直徑6mm ；主軸轉(zhuǎn)速機床由IOOOrpm,每隔一行增加IOOOrpm,共六行，最終6000rpm ；切削進給方向由右至左；每齒進給量0·05mm/z ；步距進給方向由槽7向槽5方向；徑向切深(步距)全寬6_ ；軸向切深初始軸向切深1mm，逐漸增加，最終軸向切深12mm ；銑削方式正轉(zhuǎn)，對稱銑，槽銑。第二次裝夾，第三測試區(qū)，如圖5所示銑刀直徑10mm;主軸轉(zhuǎn)速機床最高轉(zhuǎn)速的50%_70% ；進給方向由左至右；每齒進給量0·05mm/z ；徑向切深徑向初始切深0mm，每IOmm進給切深增加1mm。軸向切深1mm;銑削方式正轉(zhuǎn)，逆銑，側(cè)銑。第三次裝夾，第四測試區(qū)，如圖6所示銑刀直徑10mm;主軸轉(zhuǎn)速機床最高轉(zhuǎn)速的10%_100%，每IOmm進給主軸轉(zhuǎn)速增加10% ；進給方向由左至右；每齒進給量0·05mm/z ；徑向切深1mm;軸向切深5 mm ；銑削方式正轉(zhuǎn)，逆銑，側(cè)銑。3.測試結(jié)果的分析與評定在不分析振動傳感器17測得的振動數(shù)據(jù)時，單由第一、二、三、四測試區(qū)銑刀側(cè)刃加工表面分別可識別出在某一切深和切寬下發(fā)生顫振時的主軸轉(zhuǎn)速、在某一轉(zhuǎn)速和切寬下發(fā)生顫振的切削深度、以及在某一轉(zhuǎn)速和切深下發(fā)生顫振的切削寬度。在一次裝夾進行第二測試區(qū)的第二部分變軸向切深和轉(zhuǎn)速試驗時，可以在不借助外部設(shè)備的條件下，通過直接銑削加工找出發(fā)生顫振的轉(zhuǎn)速-切深匹配范圍，由加工表面使用直尺測繪出顫振穩(wěn)定域圖譜。即第二測試區(qū)在加工時用直徑為6mm的直角螺旋立銑刀逐行銑削平面后會由于切深和轉(zhuǎn)速的變化在一定匹配組合時引起顫振而在加工表面上形成振紋，從而在已加工表面21上形成明顯的顫振穩(wěn)定和不穩(wěn)定區(qū)域，至此，在不借助外部設(shè)備的條件下便形成了類似圖8顫振穩(wěn)定域圖譜。在應(yīng)用振動傳感器進行機床顫振試驗時，利用檢測試件可以快捷獲得發(fā)生顫振的加工表面，方便試驗設(shè)計，可快捷進行顫振模型的試驗驗證。利用振動測試系統(tǒng)對裝有銑刀的主軸和工件進行錘擊試驗，獲得銑刀和工件的各階頻率。試件切削過程中，應(yīng)用布置在零件端面沿銑刀進給方向的單方向加速度傳感器測試并記錄進給方向切削振動。加工后的各區(qū)域表面利用粗糙度儀沿切削進給方向獲得表面波動曲線，將曲線做FFT變換獲得頻域曲線。由發(fā)生顫振的粗糙度波紋各階頻率與銑刀頻率、工件頻率、主軸回轉(zhuǎn)頻率以及切削顫振頻率比對,識別出各頻率內(nèi)容,可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生各部分加工表面的主要原因?！?br> 權(quán)利要求1.一種用于檢測機床切削能力的測試試件，其特征在于測試試件由四個測試區(qū)域構(gòu)成，所述的第一測試區(qū)的作業(yè)面是位于水平方向的臺階面，所述的水平方向的臺階面的各階梯高度差一致，階梯高度沿水平方向逐級遞增，階梯寬度一致，階梯長度一致；所述的第二測試區(qū)在水平面內(nèi)與第一測試區(qū)相鄰，第二測試區(qū)的作業(yè)面為一個位于水平方向的傾斜面；所述的第三測試區(qū)垂直于第一測試區(qū)，第三測試區(qū)的作業(yè)面是位于垂直方向的臺階面，所述垂直方向的臺階面高度差一致，階梯高度沿垂直方向從上至下逐級遞減，階梯寬度一致，階梯長度一致，所述的第四測試區(qū)垂直于第二測試區(qū)，第四測試區(qū)的作業(yè)面為垂直方向的平面，所述的第一測試區(qū)所在的水平面與第三測試區(qū)所在的垂直面之間設(shè)有隔離區(qū)臺階，所述的第二測試區(qū)所在的水平面與第四測試區(qū)所在的垂直面之間設(shè)有隔離區(qū)臺階，所述的各測試區(qū)域之間設(shè)有退刀槽。
專利摘要一種用于檢測機床切削能力的測試試件，屬于機床應(yīng)用領(lǐng)域。該試件由四個測試區(qū)域構(gòu)成，第一測試區(qū)的作業(yè)面是位于水平方向的臺階面，水平方向的臺階面的各階梯高度差一致，階梯高度沿水平方向逐級遞增，階梯寬度一致，階梯長度一致；第二測試區(qū)與第一測試區(qū)相鄰，第二測試區(qū)的作業(yè)面為一個位于水平方向的傾斜面；第三測試區(qū)垂直于第一測試區(qū)，第三測試區(qū)的作業(yè)面是位于垂直方向的臺階面，垂直方向的臺階面高度差一致，階梯高度沿垂直方向從上至下逐級遞減，階梯寬度一致，階梯長度一致，第四測試區(qū)垂直于第二測試區(qū)，第四測試區(qū)的作業(yè)面為垂直方向的平面。通過試件的四個測試區(qū)可測試機床不發(fā)生顫振的切深范圍、切寬范圍和轉(zhuǎn)速范圍，操作簡便。
文檔編號B23C3/00GK202726640SQ201220373458
公開日2013年2月13日 申請日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月30日
發(fā)明者劉春時, 仇健, 林劍峰, 馬曉波, 劉啟偉, 任寶鋼, 范世平, 曹文智 申請人:沈陽機床(集團)設(shè)計研究院有限公司