一種淬硬鋼模具銑削穩(wěn)定性的檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及一種高速銑削淬硬鋼模具的工藝設(shè)計方法，具體涉及一種解決機床與 高速銑刀動力學(xué)性能不匹配和淬硬鋼高效銑削穩(wěn)定性下降問題的淬硬鋼模具銑削穩(wěn)定性 的檢測方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 高速銑削加工淬硬鋼模具時，一方面要求以高切削效率來縮短模具的加工周期， 提高模具生產(chǎn)效率，另一方面要求能保證淬硬鋼模具的加工精度和加工表面質(zhì)量，其關(guān)鍵 在于能否有效控制此類模具型面的高速銑削穩(wěn)定性。由于淬硬鋼模具型面復(fù)雜，其表面硬 度達(dá)到HRC50以上，模具型面高硬度和幾何特征多變所引起的高速銑削抗力變化頻繁，加 劇了機床、銑刀與工件的振動，高速銑削不穩(wěn)定性問題突出，直接影響高速銑削淬硬鋼模具 的加工表面質(zhì)量和加工效率。
[0003] 已有的控制淬硬鋼模具的高速銑削穩(wěn)定性的工藝方法是針對單因素進(jìn)行分析的， 僅給出機床或刀具單方面的切削穩(wěn)定性控制方案，具體是采用半離散法和零階近似法預(yù)測 了兩個自由度高速銑削系統(tǒng)的切削穩(wěn)定性極限，并提出了穩(wěn)定性極限的預(yù)測法則，給出了 機床或刀具單方面的切削穩(wěn)定性控制方案，無法解決多因素影響下的高速銑削穩(wěn)定性問 題，且針對的是加工低硬度輕合金和硬度小于HRC40的合金鋼。而實際淬硬鋼高速銑削過 程中，刀具、機床及工件作為一個整體對淬硬鋼高速銑削穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。已有的工藝數(shù)據(jù) 和設(shè)計方法無法滿足淬硬鋼模具高效、高品質(zhì)加工的需求，如何獲得高效穩(wěn)定銑削淬硬鋼 的工藝方案，成為淬硬鋼模具生產(chǎn)企業(yè)亟待解決的關(guān)鍵問題。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004] 本發(fā)明針對工件、機床、刀具及切削參數(shù)對高速銑削淬硬鋼模具穩(wěn)定性的影響，提 供了一種淬硬鋼模具銑削穩(wěn)定性的檢測方法，通過此方法檢測出的機床、銑刀及切削參數(shù) 對淬硬鋼模具進(jìn)行切削，解決了因機床與高速銑刀動力學(xué)性能不匹配而引起的淬硬鋼高效 銑削穩(wěn)定性下降的問題，提高了淬硬鋼模具的切削效率和加工質(zhì)量。
[0005] 本發(fā)明的淬硬鋼模具銑削穩(wěn)定性的檢測方法，為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案 在于包括以下步驟：
[0006] 第一步、機床與高速銑刀安全穩(wěn)定性測試：
[0007] 將兩把相同的高速球頭銑刀分別安裝在兩臺不同的機床上進(jìn)行空轉(zhuǎn)，并在此兩臺 機床上同時安裝電渦流位移傳感器和ICP加速度傳感器，在機床允許的最高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)， 從轉(zhuǎn)速1000 rpm開始，每次測試增加轉(zhuǎn)速500rpm來逐次提高銑刀轉(zhuǎn)速，直至機床主軸振 動出現(xiàn)突變，與此同時，通過電渦流位移傳感器及ICP加速度傳感器來提取機床主軸在不 同轉(zhuǎn)速下的頻譜信號及振動加速度信號，依據(jù)銑刀空轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)速對機床主軸振動主頻和振 動加速度幅值影響，以引起銑刀振動加速度幅值突變的轉(zhuǎn)速作為銑刀安全穩(wěn)定性的臨界轉(zhuǎn) 速，確定銑刀空轉(zhuǎn)時機床與高速銑刀安全穩(wěn)定切削的最高轉(zhuǎn)速，同時選出每次測試能夠維 持穩(wěn)定空轉(zhuǎn)3分鐘無安全性問題的銑刀來作為滿足安全穩(wěn)定切削的銑刀；
[0008] 第二步、淬硬鋼凸凹曲面高速銑削穩(wěn)定性測試：
[0009] 采用第一步中經(jīng)過安全穩(wěn)定性測試的兩把高速球頭銑刀，以平行于試件寬度方向 的切削路徑，按淬硬鋼切削效率和精加工工序要求來確定銑刀轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、銑削深度及 銑削寬度，分別在第一步中所用的兩臺機床上對淬硬鋼凸凹曲面試件進(jìn)行切削實驗來獲取 淬硬鋼凸凹曲面試件的加工表面形貌，同時通過電渦流位移傳感器和ICP加速度傳感器來 獲取機床主軸振動頻譜和振動加速度信號；
[0010] 第三步、高效穩(wěn)定銑削淬硬鋼曲面的工藝設(shè)計方法：
[0011] 首先利用第一步和第二步的測試結(jié)果，對比機床在銑刀空轉(zhuǎn)時與切削淬硬鋼凸凹 曲面試件時，按沿進(jìn)給速度、銑削寬度和銑削深度方向振動頻率和振動振幅變化范圍的大 小，以及淬硬鋼凸凹曲面試件加工表面形貌的檢測結(jié)果，對機床與銑刀動態(tài)性能匹配性進(jìn) 行識別和評價，選擇出滿足高效穩(wěn)定切削淬硬鋼要求的機床，然后以滿足淬硬鋼凸凹曲面 試件的加工效率和加工表面形貌要求為設(shè)計目標(biāo)，確定高速切削淬硬鋼的銑刀轉(zhuǎn)速、進(jìn)給 速度、銑削深度及銑削寬度的取值范圍；
[0012] 第四步、確定高速銑削淬硬鋼凸凹模的工藝方案：
[0013] 利用第一步中經(jīng)過安全穩(wěn)定測試的銑刀、第三步選出的機床及經(jīng)第三步所確定的 銑刀轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、銑削深度、銑削寬度的取值范圍對汽車內(nèi)覆蓋件淬硬鋼凸凹模進(jìn)行切 削。
[0014] 進(jìn)一步地，第二步中淬硬鋼凸曲面試件沿寬度方向凸曲率半徑為200_，沿長度方 向由凸曲率半徑為1170mm、66mm和1140mm的三段凸曲面依次連接；淬硬鋼凹曲面試件沿寬 度方向凹曲率半徑為200mm，沿長度方向由凹曲率半徑為1140mm、66mm和1112mm的三段凹 曲面依次連接，淬硬鋼凸凹曲試件硬度HRC55~60。
[0015] 該尺寸的試件與待加工淬硬鋼模具的尺寸相近，以便通過該試件來充分模擬待加 工淬硬鋼模具的情況。
[0016] 進(jìn)一步地，第一步中所用的兩臺機床為三軸數(shù)控機床XH715和五軸數(shù)控機床 UCP710，此兩種機床為加工淬硬鋼模具的常用機床。
[0017] 進(jìn)一步地，第一步中所用的銑刀為直徑20mm兩齒可轉(zhuǎn)位高速球頭銑刀，此刀具為 加工淬硬鋼模具的常用銑刀。
[0018] 本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明綜合考慮工件、機床、刀具、切削參數(shù)及加工表面形 貌等因素，給出了高硬度淬硬鋼模具曲面曲率、機床與刀具安全穩(wěn)定性等多工藝變量對淬 硬鋼高速銑削穩(wěn)定性影響的試驗測試方法，通過此檢測方法獲得高速穩(wěn)定切削淬硬鋼模具 的工藝方案，有效解決了淬硬鋼模具高速銑削加工中切削效率、切削振動和加工表面形貌 之間的沖突問題，為實現(xiàn)淬硬鋼模具高效、高精度和高表面質(zhì)量加工提供了保障。
【附圖說明】：
[0019] 圖1為本發(fā)明檢測方法的工藝步驟圖，圖中，M為銑削振動振幅，M_為允許的銑削 振動振幅最大值，Ra為銑削加工表面粗糙度，Ra niax為允許的銑削加工表面糙度最大值；
[0020] 圖2為三軸數(shù)控機床XH715與銑刀沿進(jìn)給方向的振動特性圖；
[0021 ] 圖3為三軸數(shù)控機床XH715與銑刀沿銑削寬度方向的振動特性圖；
[0022] 圖4為三軸數(shù)控機床XH715與銑刀沿銑削深度方向的振動特性圖；
[0023] 圖5為五軸數(shù)控機床UCP710與銑刀沿進(jìn)給方向的振動特性圖；
[0024] 圖6為五軸數(shù)控機床UCP710與銑刀沿銑削寬度方向的振動特性圖；
[0025] 圖7為五軸數(shù)控機床UCP710與銑刀沿銑削深度方向的振動特性圖；
[0026] 圖8為三軸數(shù)控機床XH715與銑刀切削淬硬鋼凸曲面試件的加工表面形貌圖；
[0027] 圖9為五軸數(shù)控機床UCP710與銑刀切削淬硬鋼凸曲面試件的加工表面形貌圖；
[0028] 圖10為三軸數(shù)控機床XH715與銑刀切削淬硬鋼凹曲面試件的加工表面形貌圖；
[0029] 圖11為五軸數(shù)控機床UCP710與銑刀切削淬硬鋼凹曲面試件的加工表面形貌圖；
[0030] 圖12為高效穩(wěn)定切削淬硬鋼工藝設(shè)計過程圖，圖中=A1為高速銑削淬硬鋼可行的 工藝條件，A 1S滿足機床與銑刀安全穩(wěn)定性的工藝條件，A2S滿足淬硬鋼切削效率目標(biāo)的 工藝條件，^為高效穩(wěn)定切削淬硬鋼的工藝條件，A 4S淬硬鋼加工表面形貌要求的工藝條 件；
[0031] 圖13為三軸數(shù)控機床XH715與銑刀在轉(zhuǎn)速1000 rpm下沿進(jìn)給方向的加速度信號 波形圖；
[0032] 圖14為三軸數(shù)控機床XH715與銑刀在轉(zhuǎn)速1000 rpm下沿銑削寬度方向的加速度 信號波形圖；
[0033] 圖15為三軸數(shù)控機床XH715與銑刀在轉(zhuǎn)速1000 r