一种检测机床切削能力的测试试件及其应用制造技术

一种检测机床切削能力的测试试件及其应用，属于机床应用领域。该试件由四个测试区域构成，第一测试区的作业面是位于水平方向的台阶面，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；第二测试区与第一测试区相邻，第二测试区的作业面为一个位于水平方向的倾斜面；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，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，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。通过试件的四个测试区可测试机床不发生颤振的切深范围、切宽范围和转速范围，操作简便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
为了解决上述存在的技术问题，本专利技术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。本专利技术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 I)第一次装夹，先将铣刀加载在第一测试区，铣刀采用直径为10mnT20mm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; 采用纟先刀直径10mnT20mm ； 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； 统刀直径6mm ； 主轴转速机床由IOOOrpm,每隔一行增加IOOOrpm,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； 径向切深(步距)全览6mm ； 轴向切深初始轴向切深1mm，逐渐增加，最终轴向切深12mm ； 铣削方式正转，对称铣，槽铣。2)第二次装夹铣刀加载在第三测试区，铣刀直径10mnT20mm ； 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 ； 径向切深径向初始切深0mm，每IOmm进给切深增加Imm ； 轴向切深1mm ； 铣削方式正转，逆铣，侧铣。3)第三次装夹，铣刀加载在第四测试区，铣刀直径10mnT20mm ；主轴转速机床最高转速的10%-100%，每IOmm进给主轴转速增加10% ； 进给方向由左至右； 每齿进给量0. 05mm/z ； 径向切深1 mm ; 轴向切深5 mm ； 铣削方式正转，逆铣，侧铣。 本专利技术的有益效果本专利技术采用上述结构，第一测试区用来测试机床在其他参数不变的条件下，阶梯性间断改变切深时机床发生颤振的切深范围，第二测试区用来测试机床在其他参数不变的条件下，连续改变切深时机床发生颤振的切深范围，第三测试区用来测试机床在其他参数不变的条件下，阶梯性改变切削宽度时机床发生颤振的切宽范围，第四测试区用来测试机床在只改变主轴转速条件下机床发生颤振的转速范围。通过四个测试区可测试机床不发生颤振的切深范围、切宽范围和转速范围。另外，由切深-转速组合试验可在不借助外部设备时获得机床颤振稳定域曲线。同时结合颤振理论，采用加工时在工件切削方向安装加速度传感器测试机床发生颤振时的振动状况，应用表面粗糙度仪或轮廓仪测试加工表面轮廓在相应颤振时的铣刀、工件频率，进而识别出发生颤振时影响加工纹理分布的频率成分。采用上述方法，综合评定机床适合切削的最大切削能力范围。附图说明图I是本专利技术的结构示意图。图2是本专利技术的另一方向视图。图3是图I中第一测试区的测试状态图，切削方向由左至右。图4是图I中第二测试区的测试状态图，切削方向由右至左。图5是图I中第三测试区的测试状态图，切削方向由左至右。图6是图I中第四测试区的测试状态图，切削方向由左至右。图7是本试件第二测试区变轴向切深-变转速条件下铣刀全宽逐行铣削示意图，其中切削第I行对应的主轴转速lOOOrpm，第2行对应转速2000rpm，以此类推，到第6行对应主轴转速为6000rpm。图8是图7中已加工表面测绘得到的类似仿真计算获得的颤振稳定域曲线图。图中I为零件第一测试区，2为零件第二测试区，3为零件第三测试区，4为零件第四测试区，5为第二测试区与第四测试区之间在水平面和垂直面的隔离区台阶，6为第一测试区与第三测试区之间在水平面和垂直面的隔离区台阶，7为第一测试区与第二测试区之间的退刀槽，8为第三测试区与第四测试区之间的退刀槽，9为在第一测试区进行切削试验设计的退刀槽，10为在第三测试区进行切削试验设计的退刀槽，11为在本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘春时，仇健，林剑峰，马晓波，刘启伟，任宝钢，范世平，曹文智，
申请(专利权)人：沈阳机床集团设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：