CN101319956B

CN101319956B - 机床极限切宽的测定方法

Info

Publication number: CN101319956B
Application number: CN2008100699472A
Authority: CN
Inventors: 黄强; 廖林清; 张清梅
Original assignee: Chongqing University of Technology
Current assignee: Chongqing University of Technology; Chongqing Institute of Technology
Priority date: 2008-07-08
Filing date: 2008-07-08
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2028-07-08
Also published as: CN101319956A

Abstract

本发明提供一种机床极限切宽的测定方法，它是采用一端为锥状的圆柱体作为试件；让宽槽刀对试件的锥形端进行横向切削；并在刀架或溜板上安装加速度传感器，加速度传感器经过数据采集系统与计算机相连；在对试件的锥形端进行横向切削过程中，观察计算机显示机床振动时域波形，当发现振动信号成倍增长时，即颤振发生，迅速关停机床；根据记录图像计算颤振发生时切削宽度，该宽度即为机床的极限切宽值。本发明采用单刀锥度横向切削方式，实现切削宽度的连续变化，从而减少了所需刀具和被切试件的数量，使极限切宽评定可以在一次试验中完成，缩短了测试时间，降低了成本；而且测定更为准确；又大大提高了人身安全性和机床安全性。

Description

机床极限切宽的测定方法

技术领域

本发明涉及机床极限切宽的测定方法，属于机床设备的检测技术领域。

技术背景

机床极限切宽是不发生切削颤振时的最大切削宽度，它是衡量机床抗振性能和加工能力的一项重要指标，常用于新机床评定和抗振性结构改良效果评定。机床的振动/颤振除了用于零件加工外，都是有害的。机床振动将导致被加工零件表面质量和加工精度的降低、刀具寿命缩短和生产效率的下降；还将带来加工系统松动、机床零件过早疲劳破坏等问题，使加工系统的安全性、可靠性降低；同时，振动所产生的噪声还会损害操作工人的健康和污染环境。随着现代工业与科学技术的高速发展，如高速、高效、高精度、重载、大功率和高度自动化加工要求，机床的振动问题带来的危害日益突出，因此，良好的抗振性已经成为衡量现代机床性能的一个重要指标。

目前，测试机床极限切宽的方法，参见图1所示，是采用一系列不同刀宽的槽刀分别进行横向切削，切削宽度由窄到宽逐渐进行。当切削中出现颤振现象时立即停机，此时所用刀具的宽度被认定为该机床在该切削条件下的极限切宽。颤振发生的判断依据为刺耳的噪音和被测试件上的振纹。该测试方法有几个明显的缺陷：

1、极限切宽评定数值不够准确。由于不同刀宽的变化不是连续的，在发生和不发生颤振的两个刀宽之间存在一个未评定区间；

2、颤振发生的依据不确切。凭肉耳所听到“刺耳”的噪音没有准确评定标准；凭肉眼判断振纹也时常出现争议；

3、测试时间长。主要体现在不同刀宽的刀具更换和被切试件更换；以及对“刺耳”噪音的判断不准而停机观察振纹；

4、安全性差。这里包括人身安全和机床安全两个因素。切削颤振出现时，机床处于剧烈自激振动状态，严重时可能出现工艺系统松动或脱离现象，这不仅可能对机床有较大损伤，而且试验人员由于要靠耳听目测判断颤振是否发生而不能一直处于安全位置。

发明内容

本发明的目的在于，针对现用极限切宽测试方案所存在的极限切宽评定数值不够准确、测试时间长和安全性差的问题，提供一种精确度高、高效和更安全的机床极限切宽测试方法。

本发明的目的通过以下的技术方案来实现：机床极限切宽的测定方法，包括如下步骤：

1)采用一端为锥状的棒材(圆柱体)作为试件；让宽槽刀具对试件的锥形端进行横向切削；

2)在刀架或溜板上安装加速度传感器，加速度传感器经过数据采集系统与计算机相连；

3)在对试件的锥形端进行横向切削过程中，观察计算机显示机床振动时域波形，当发现振动信号成倍增长时，即颤振发生，迅速关停机床；

4)根据记录图像计算颤振发生时切削宽度，该宽度即为机床的极限切宽值。

相比现用技术，本发明具有如下优点：

1、本发明采用单刀锥度横向切削方式，实现切削宽度的连续变化，从而减少了所需刀具和被切试件的数量，使极限切宽评定可以在一次试验中完成，大幅度缩短了测试时间；测试成本也有所降低；

2、采用测试仪器监控颤振，在试验中就可以依靠实时测试信号判断颤振是否发生，既提高了判断的准确性，使极限切宽测定更为准确；又使颤振在发生初期就被发现，大大提高了试验中的人身安全性和机床安全性。

附图说明

图1是现有极限切宽测定的工作示意图；

图2是本发明的极限切宽测定方式示意图；

图3是本发明的测定系统示意图；

图4是本发明的颤振发生判断示意图；

图5是本发明的颤振发生确认示意图，

其中(a)为颤振未发生，(b)为颤振已发生。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图2和图3，机床极限切宽的测定方法，包括如下步骤：

1)采用一端为锥状的圆柱体棒材作为试件2；将圆柱体的圆柱端由三爪卡盘1安装并固定于机床上；将宽槽刀3固定于刀架4上；所述的宽槽刀3的宽度应大于极限且宽，一般为10～20mm，如10mm、15mm或20mm。

2)在刀架4或溜板上安装加速度传感器5，加速度传感器5经过数据采集系统6与计算机7相连；

3)开动机床，让宽槽刀3对试件2的锥形端进行横向切削；

4)在对试件2的锥形端进行横向切削过程中，观察计算机显示机床振动时域波形，当发现振动信号成倍增长时，即颤振发生，迅速关停机床；

5)根据记录图像计算颤振发生时切削宽度，该宽度即为机床的极限切宽值。

本发明加速度传感器5所测得的振动信号经过数据采集系统6调理后采集输入计算机7，经过通用振动信号软件处理后，由计算机显示其振动时域波形。

本发明依据振动测试数据判断切削颤振是否发生，来评定机床的极限切宽。颤振发生的特征是振动信号迅速成倍增长。

如图3所示，本发明的极限切宽测试系统，包括宽槽刀3、锥形试件、加速度传感器5、信号调理及数据采集系统6、计算机7和通用振动信号处理软件。如图2所示，所述锥形试件2一端为圆台状(锥状)，另一端为圆柱状；锥形试件2的锥度为45度。将加速度传感器5安装在刀架或溜板上，加速度传感器5与信号采集器6相连，经多信号采集器6处理后的数据传入计算机7，计算机7显示出其振动时域波形。将试件2安装在夹持工具1上，将刀具3安装在刀架上。宽槽刀和锥形试件的安装与普通机床加工零件的安装方式相同；加速度传感器安装在刀架或溜板上，所测得的振动信号经过调理后采集输入计算机，经过通用振动信号处理软件处理后由计算机显示其振动时域波形。

参见图4、图5的(a)和(b)，开动机器让后，波形图从A点开始变化，随着切削进给量的增加，机床振动加剧，当波形图出现图4所示的剧烈变化，到达B点时，将达到颤振，此时，应紧急停机。然后截取B点前后的频谱进行分析，B点之前的频谱，若最大值在0.5左右，且一直都比较稳定；B点之后的频谱值剧烈变化，已增加一倍有余时，就可以确认B点出所对应的切削宽度即是极限切宽。

Claims

1.机床极限切宽的测定方法，包括如下步骤：

1)采用一端为锥状的圆柱体作为试件(2)；让宽槽刀对试件的锥形端进行横向切削；

2)在刀架或溜板上安装加速度传感器(5)，加速度传感器(5)经过数据采集系统(6)与计算机(7)相连；

3)在对试件(2)的锥形端进行横向切削过程中，观察计算机(7)显示机床振动时域波形，当发现振动信号成倍增长时，即颤振发生，迅速关停机床；

4)根据记录图像计算颤振发生时切削宽度，该宽度即为机床的极限切宽值；

所述的宽槽刀的宽度应大于极限切宽，宽槽刀的宽度为10～20mm；

所述试件(2)为棒材，一端为圆锥状，另一端为圆柱状；所述试件的圆锥状端的锥度为45度。