CN104227504A - 微径铣刀刀尖动态特性的一种新型测量方法 - Google Patents

微径铣刀刀尖动态特性的一种新型测量方法 Download PDF

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曹自洋
殷振
宋娜
郭丽华
谢鸥
杨剑锋
刘威
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    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
    • B23Q17/0952—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining

Abstract

本发明公开了微径铣刀刀尖动态特性的一种新型测量方法，属于微细加工领域。其特征在于：微径铣刀夹持在主轴的刀具夹头里，采用微型脉冲力锤在刀柄设定的位置点对微径铣刀进行激振，采用扫描式激光测振仪测量铣刀上设定测量点的振动位移，然后通过信号采集处理软件对振动响应进行模态综合，获得微径铣刀刀尖动态特性。本发明的新型测量方法由于力锤的脉冲激励并未施加在微径铣刀的刀尖位置，从而避免了刀尖的破损；而且由于采用非接触式测量，该方法适用于直径更加微小的铣刀，还可以进行在线测量。与传统测量方法相比，该方法采用纯实验的方式获得刀尖动态特性，能够达到更高的测量精度，同时该测量方法装置简单、实施方便。

Description

微径铣刀刀尖动态特性的一种新型测量方法
技术领域
本发明涉及微径铣刀刀尖动态特性的一种测量方法，属于微细加工领域。
背景技术
微细铣削加工因具有多种材料适应性和可加工复杂三维形状等优点而在微细加工技术中具有独特的优势，但由加工系统引发的动态不稳定现象会明显降低切削效率和零件的加工质量，降低刀具、机床的使用寿命，已经成为阻碍该技术发挥其优势的主要瓶颈之一。为了对微细铣削颤振进行预测和控制，需要精确获得微径铣刀刀尖的动态特性。微径铣削所采用的刀具尺寸很小，刀具直径一般在1mm以内，刀具长径比大，刀尖尺寸很小且容易破损，在宏观尺度的铣削加工过程中常用的使用力锤激振刀尖的测量方法不能用于微径铣刀刀尖动态特性的测量，如何精确获得微径铣刀刀尖的动态特性是目前研究中面临的主要难点之一。
Filiz和Ozdoganlar等人采用Timoshenko梁方程对微径铣刀进行建模，考虑了铣刀切削刃部位截面的不同结构（Microendmill Dynamics Including the Actual Fluted Geometry and Setup Errors）；目前，更多的研究人员（Schmitz、ZHANG Jun等）采用响应耦合的方式来建模，采用冲击力锤测量机床-主轴部分的动态特性，采用有限分数值分析的方法获得铣刀刀尖的动态特性，然后通过数学方法对获得的结果进行耦合（Machining Dynamics: Frequency Response to Improved Productivity；Receptance Coupling for Tool Point Dynamics Prediction on Machine Tools）。从上面的分析可以看出，目前已见诸文献的微径铣刀刀尖动态特性的研究在建立模型时存在种种弊端，具体表现在边界条件不易确定、研究范围不够宽、考虑铣削加工状况不全面、软件仿真时的模型过于简单和测量结果不够精确。所以有必要研究一种新型精确的微径铣刀刀尖动态特性的测量方法。
发明内容
为解决微径铣削加工中刀尖振动难以测量的难题，本发明的目在于一种提供微径铣刀刀尖动态特性精确测量的方法。
为了解决上述技术问题，实现上述目的，本发明的技术方案是：
微径铣刀刀尖动态特性的一种测量方法，其特征在于：微径铣刀夹持在主轴的刀具夹头里，采用微型脉冲力锤在刀柄设定的位置点对微径铣刀进行激振，采用扫描式激光测振仪测量铣刀上设定测量点的振动位移，然后通过信号采集处理软件对振动响应进行模态综合，获得微径铣刀刀尖动态特性。本发明所述的测量方法可以避免微径铣刀刀尖的破损，能够实现铣刀刀尖动态特性的在线精确测量。
更进一步，所述测量方法采用微型脉冲力锤作为激振源，代替传统的冲击力锤；
更进一步，所述微型力锤的脉冲激励仅仅施加在铣刀刀柄设定的位置点上；
更进一步，所述方法采用扫描式激光测振仪测量铣刀上各个测量点的振动位移，然后通过信号采集处理软件对振动响应进行模态综合，获得微径铣刀刀尖的动态特性。
本发明的主要优点是：
1、通过非接触无损伤方式测量微径铣刀刀尖的动态特性；
2、微型力锤的脉冲激励仅仅施加在铣刀刀柄设定的位置点上，避免了刀尖的破损，能够测量的微径铣刀直径更小；
3、采用纯实验的方式获得刀尖动态特性，能够达到更高的测量精度；
4、能够实现铣刀刀尖动态特性的在线测量；
5、该测量方法简单易行，实施方便，应用前景广阔。
附图说明
图1为本发明的微径铣刀刀尖动态特性的测量方法示意图。
图中标号名称：1、主轴刀夹；2、微径铣刀；3、扫描式激光测振仪。力锤的激振力F施加在e点，a、b、c、d、e、f、g为振动位移的各个测量点。
具体实施方式
如图1所示，本发明是微径铣刀刀尖动态特性的一种测量方法。
1、把刀具切削直径为0.5mm（长度3mm）、刀柄直径为3mm（长度25mm）的微径铣刀装夹在铣床主轴的刀具夹头里。
2、采用微型脉冲力锤（PCB 30722, 灵敏度23.76 mV/N）在刀柄e点对微径铣刀施加激振力F。
3、采用扫描式激光测振仪（POLYTEC PSV-400-M2）测量铣刀上各个测量点（a、b、c、d、e、f、g）的振动位移。
4、采用信号处理软件（LMS Test.Lab）对振动响应进行模态综合，获得微径铣刀刀尖动态特性。
5、测量得到的微径铣刀刀尖在X、Y两个方向的动态特性如下表所示。

Claims (4)

1.微径铣刀刀尖动态特性的一种测量方法，其特征在于：微径铣刀夹持在主轴的刀具夹头里，在刀柄设定的位置点对微径铣刀进行脉冲激振，采用测振装置测量铣刀的振动位移。
2.根据权利要求1所述的微径铣刀刀尖动态特性的一种测量方法，其特征在于：采用微型脉冲力锤作为激振源，代替传统的冲击力锤。
3.根据权利要求1所述的微径铣刀刀尖动态特性的一种测量方法，其特征在于：力锤的脉冲激励仅仅施加在铣刀刀柄设定的位置点上。
4.根据权利要求1所述的微径铣刀刀尖动态特性的一种测量方法，其特征在于：采用扫描式激光测振仪测量铣刀上设定测量点的振动位移，然后通过信号采集处理软件对振动响应进行模态综合，获得微径铣刀刀尖的动态特性。
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