CN104942348B - 一种整体式淬硬钢凸曲面试件高速铣削工艺实验方法及凸曲面试件 - Google Patents
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Abstract
一种整体式淬硬钢凸曲面试件高速铣削工艺实验方法及凸曲面试件，涉及一种高速铣削实验方法及试件。本发明为了解决已有工艺数据和设计方法无法满足高效加工淬硬钢模具需求的问题。本发明设计并加工出具有变曲率上表面的整体式淬硬钢凸曲面试件，采用球头铣刀分别沿试件取三种不同方向的刀具切削路径，进行切削整体式淬硬钢凸曲面试件上表面的实验，获取沿铣刀进给方向和铣削宽度方向上的铣刀振动振幅、加工表面残余高度数据，测试出淬硬钢凸曲面曲率变化对铣刀振动与加工表面形貌的影响，给出整体式淬硬钢凸曲面高速铣削工艺方案；试件为整体式长方体结构，由底部凸台和中间待切削区域两部分构成。本发明满足了高效加工淬硬钢模具的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种凸曲面试件的高速铣削工艺实验方法，具体涉及一种整体式淬硬钢凸曲面试件高速铣削工艺实验方法及凸曲面试件，属于复杂型面加工技术领域。
背景技术
大型淬硬钢模具单件生产、型面复杂，其高硬度加工表面的曲率分布多变。采用球头铣刀切削淬硬钢模具凸曲面时，加工表面曲率变化引起的切削冲击使铣刀振动多变，刀具与加工表面的切削接触关系处于不稳定状态，导致加工表面形貌恶化，加工精度低，铣刀使用寿命和切削效率下降。
已有的高速铣削淬硬钢凸曲面铣刀振动及加工表面形貌测试方法有两种：(1)直接在大型淬硬钢模具上进行铣刀振动测试，极易造成模具型面损伤，影响模具寿命；(2)采用加工表面无曲率变化和加工表面曲率呈现单一变化的试件进行切削实验，所获得的切削工艺，无法有效控制加工表面曲率变化引起的铣刀振动；已有的高速铣削淬硬钢模具铣刀振动及加工表面形貌测试方法并未反映出高速球头铣刀在曲率多变情况下切削淬硬钢曲面时铣刀的振动及加工表面形貌，高速铣削淬硬钢凸曲面型面的加工表面质量和加工效率无法保证，无法满足高效加工大型淬硬钢模具的要求。
发明内容
在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
鉴于此，本发明的一种整体式淬硬钢凸曲面试件高速铣削工艺实验方法及凸曲面试件，以至少解决已有的工艺数据和设计方法无法满足高效加工淬硬钢模具的需求问题，本发明设计出具有变曲率凸曲面的淬硬钢试件的高速铣削工艺方案的测试方法，为高效加工淬硬钢模具工艺设计提供依据。
根据本发明的一个方面，提供了一种整体式淬硬钢凸曲面试件高速铣削工艺实验方法，具体步骤为：
步骤一、设计并加工出具有不同曲率分布的淬硬钢凸曲面试件；
步骤二、设计用于测试高速铣削淬硬钢凸曲面时铣刀振动与加工表面形貌的铣刀切削路径：分别沿平行于试件长度方向、平行于试件宽度方向、和与试件长度方向成45°角的方向设计三种刀具切削路径；
步骤三、采用三把直径相同的球头铣刀，沿步骤二中所设计的三种刀具切削路径，进行切削整体式淬硬钢凸曲面试件上表面的实验，获取加工表面不同曲率分布条件下的铣刀振动与加工表面形貌数据；
步骤四、利用沿铣刀进给方向和铣削宽度方向上的铣刀振动振幅、加工表面残余高度数据，测试出淬硬钢凸曲面曲率变化对高速铣刀振动与加工表面形貌的影响，依据振动振幅最大值和平均值，以及沿铣刀进给与铣削宽度两个方向上的加工表面形貌残余高度最大值和两个方向上的加工表面形貌残余高度差值，确定高速铣削淬硬钢凸曲面的工艺方案。
对方案进一步设计：所述步骤一中，淬硬钢凸曲面试件材料采用Cr12MoV，整体硬度为HRC55～60，其上表面沿试件长度方向分布有曲率半径分别为1140mm、66mm、1112mm的三种凸曲率，和曲率半径分别为66mm、1112mm的两种凹曲率；沿试件宽度方向分布有曲率半径为200mm的凸曲率。
对方案进一步设计：所述步骤一中，整体式淬硬钢凸曲面试件中间待切削区域正弦型轨迹线特征：沿长度方向，由试件左侧端部开始，正弦型轨迹线依次为长度21mm、曲率半径1140mm的凸圆弧线，长度19mm、曲率半径66mm的凸圆弧线，长度22mm、曲率半径1112mm的凸圆弧线，长度20mm、曲率半径66mm的凹圆弧线，长度18mm、曲率半径1112mm的凹圆弧线；各段曲面结合处为光滑过渡连接。
对方案进一步设计：所述步骤二中，每种刀具切削路径各有三条间距相等的平行刀路，即在相同的凸曲面加工区域获取九条不同的加工表面曲率分布方案。
对方案进一步设计：所述步骤二中，沿每条刀具切削路径平均各取5个测点测试铣刀振动情况，分别编号为1、2、3、4、5；
平行于试件宽度方向各测点之间距离为9.6mm，其中，刀具切削路径1中的测点编号设定为1-1、1-2…1-5,刀具切削路径2中的测点编号为2-1、2-2…2-5,刀具切削路径3中的测点编号为3-1、3-2…3-5；
与试件长度方向成45°角方向各测点之间距离13.78mm，其中，刀具切削路径4中的测点编号为4-1、4-2…4-5，刀具切削路径5中的测点编号为5-1、5-2…5-5，刀具切削路径6中的测点编号为6-1、6-2…6-5；
平行于试件长度方向各测点之间距离为10mm，其中，刀具切削路径7中的测点编号为7-1、7-2…7-5，刀具切削路径8中的测点编号为8-1、8-2…8-5，刀具切削路径9中的测点编号为9-1、9-2…9-5。
对方案进一步设计：所述步骤三中，三把球头铣刀为直径20mm的两齿涂层硬质合金可转位球头铣刀，加工条件为：转速8000rpm、每齿进给量0.25mm、铣削宽度0.3mm、铣削深度0.2mm。
根据本发明的另一个方面，提供了一种整体式淬硬钢凸曲面试件，解决直接在大型淬硬钢模具上进行铣刀振动测试，极易造成模具型面损伤，影响模具寿命的问题。
整体式淬硬钢凸曲面试件该试件结构特征：试件为整体式长方体结构，轮廓尺寸为100mm×73mm×50mm；由用于将试件安装到机床工作台上的底部凸台和中间待切削区域两部分构成；整体式淬硬钢凸曲面试件中间待切削区域轮廓尺寸及结构特征：试件中间部分为球头铣刀的高速铣削加工区域，轮廓尺寸100mm×48mm×45mm；其顶部沿宽度方向为曲率半径200mm的凸曲面；沿长度方向，为曲率半径连续变化的正弦型轨迹线。
对方案进一步设计：整体式淬硬钢凸曲面试件底部凸台结构尺寸特征：底部沿宽度方向在两侧各带有一个尺寸为100mm×12.5mm×5mm的凸台，每个凸台上沿长度方向分布有两个宽度各为12.5mm×10mm×5mm的U形槽，两槽中心沿试件长度方向上的间距为75mm。
对方案进一步设计：整体式淬硬钢凸曲面试件中间待切削区域正弦型轨迹线特征：沿长度方向，由试件左侧端部开始，正弦型轨迹线依次为长度21mm、曲率半径1140mm的凸圆弧线，长度19mm、曲率半径66mm的凸圆弧线，长度22mm、曲率半径1112mm的凸圆弧线，长度20mm、曲率半径66mm的凹圆弧线，长度18mm、曲率半径1112mm的凹圆弧线；各段曲面结合处为光滑过渡连接。
对方案进一步设计：该试件选用的材料及硬度特征为：试件材料采用Cr12MoV锻件；淬火后硬度为HRC55～60。
本发明所达到的效果为：本发明提供了一种具有变曲率凸曲面的淬硬钢试件，和三种用于获得不同加工表面曲率特征的刀具切削路径，以及一种高速球头铣刀切削淬硬钢凸曲面铣刀振动及加工表面形貌的测试方法。通过沿不同切削路径铣削淬硬钢凸曲面的实验，获得了不同曲率变化条件下铣刀的振动及加工表面形貌数据，确定出高速铣削淬硬钢凸曲面的工艺方案，为高速铣削大型淬硬钢凸曲面的工艺设计提供了依据。该方法适用于大型淬硬钢模具高速铣削工艺设计和铣刀性能及工艺效果测试，以满足大型淬硬钢模具高效和高表面质量的加工要求；具有变曲率凸曲面的淬硬钢试件，不必直接在大型淬硬钢模具上进行铣刀振动测试，而且试件上进行铣刀振动测试，避免造成模具型面损伤，消除对模具寿命的影响，为高速铣削大型淬硬钢凸曲面的工艺设计提供了依据，以满足大型淬硬钢模具高效和高表面质量的加工要求。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的淬硬钢凸曲面试件立体图；
图2是本发明的实施例的淬硬钢凸曲面试件主视图；
图3是图2的左视图；
图4是图2的俯视图；
图5是本发明的实施例的平行于试件宽度方向刀具切削路径及测点；
图6是本发明的实施例的与试件长度方向成45°角刀具切削路径及测点；
图7是本发明的实施例的平行于长度方向刀具切削路径及测点；
图8是本发明的实施例的平行于试件宽度切削淬硬钢凸曲面加工表面形貌(铣削宽度方向曲率半径1140mm)；
图9是本发明的实施例的平行于试件宽度切削淬硬钢凸曲面加工表面形貌(铣削宽度方向曲率半径66mm)；
图10是本发明的实施例的平行于试件宽度切削淬硬钢凸曲面加工表面形貌(铣削宽度方向曲率半径1112mm)；
图11是本发明的实施例的试件长度方向成45°角切削淬硬钢凸曲面加工表面形貌(4-1测点)；
图12是本发明的实施例的试件长度方向成45°角切削淬硬钢凸曲面加工表面形貌(5-1测点)；
图13是本发明的实施例的试件长度方向成45°角切削淬硬钢凸曲面加工表面形貌(6-1测点)；
图14是本发明的实施例的平行于试件长度切削淬硬钢凸曲面加工表面形貌(铣刀进给方向曲率半径1140mm)；
图15是本发明的实施例的平行于试件长度切削淬硬钢凸曲面加工表面形貌(铣刀进给方向曲率半径1112mm)；
图16是本发明的实施例的平行于试件长度切削淬硬钢凸曲面加工表面形貌(铣刀进给方向曲率半径66mm)。
具体实施方式
在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本发明公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。
在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
本发明的实施例提供了一种整体式淬硬钢凸曲面试件高速铣削工艺实验方法及凸曲面试件。
整体式淬硬钢凸曲面试件设计；
设计的整体式淬硬钢凸曲面试件结构如图1-4所示：
该试件结构特征如下：
(1)试件为整体式长方体结构，轮廓尺寸为100mm×73mm×50mm；由用于将试件安装到机床工作台上的底部凸台，和中间待切削区域两部分构成；
(2)整体式淬硬钢凸曲面试件底部凸台结构尺寸特征：底部沿宽度方向在两侧各带有一个尺寸为100mm×12.5mm×5mm的凸台，每个凸台上沿长度方向分布有两个宽度各为12.5mm×10mm×5mm的U形槽，两槽中心沿试件长度方向上的间距为75mm；
(3)整体式淬硬钢凸曲面试件中间待切削区域轮廓尺寸及结构特征：试件中间部分为球头铣刀的高速铣削加工区域，轮廓尺寸100mm×48mm×45mm，该区域四周侧立面为垂直于底面的平面；其顶部沿宽度方向为曲率半径200mm的凸曲面；沿长度方向，为曲率半径连续变化的正弦型轨迹线；
(4)整体式淬硬钢凸曲面试件中间待切削区域正弦型轨迹线特征：沿长度方向，由试件左侧端部开始，正弦型轨迹线依次为长度21mm、曲率半径1140mm的凸圆弧线，长度19mm、曲率半径66mm的凸圆弧线，长度22mm、曲率半径1112mm的凸圆弧线，长度20mm、曲率半径66mm的凹圆弧线，长度18mm、曲率半径1112mm的凹圆弧线；各段曲面结合处为光滑过渡连接。
该试件选用的材料及硬度特征为：试件材料采用Cr12MoV锻件；淬火后硬度为HRC55～60。
高速铣削整体式淬硬钢凸曲面试件实验方案设计；
(1)高速铣削淬硬钢凸曲面实验加工区域的选取方法；
如图2和图3，从试件左侧端部开始，沿试件长度方向选取50mm作为加工区域，该加工区域沿试件长度方向与宽度方向均为凸曲面；沿宽度方向凸曲面曲率半径为200mm，沿长度方向凸曲面曲率半径依次为1140mm、66mm、1112mm，长度分别为21mm、19mm、10mm；
(2)高速铣削淬硬钢凸曲面实验的刀具切削路径设计；
为沿铣刀进给方向和铣削宽度方向获得不同曲率变化，本实验分别沿平行于试件宽度方向、与试件长度方向成45°角、平行于试件长度方向进行高速铣削淬硬钢凸曲面实验，其中每个方向取三条刀具切削路径，刀具切削路径之间距离相等。如图5-图7所示：
沿每条刀具切削路径平均各取5个测点测试铣刀振动情况，分别编号为1、2、3、4、5；
平行于试件宽度方向各测点之间距离为9.6mm，其中，刀具切削路径1中的测点编号设定为1-1、1-2…1-5,刀具切削路径2中的测点编号为2-1、2-2…2-5,刀具切削路径3中的测点编号为3-1、3-2…3-5；
与试件长度方向成45°角方向各测点之间距离13.78mm，其中，刀具切削路径4中的测点编号为4-1、4-2…4-5，刀具切削路径5中的测点编号为5-1、5-2…5-5，刀具切削路径6中的测点编号为6-1、6-2…6-5；
平行于试件长度方向各测点之间距离为10mm，其中，刀具切削路径7中的测点编号为7-1、7-2…7-5，刀具切削路径8中的测点编号为8-1、8-2…8-5，刀具切削路径9中的测点编号为9-1、9-2…9-5；
各条刀具切削路径下的曲率特征如表1所示：
表1不同切削路径下的曲率特征
(3)实验采用三把相同的安装有涂层硬质合金刀片的直径20mm两齿可转位高速球头铣刀，径向误差0.01mm，将三把高速球头铣刀安装在五轴数控机床MIKRON UCP710上，使铣刀悬伸量均为92mm；工艺方案采用转速8000rpm、每齿进给量0.25mm、铣削宽度0.3mm、切削深度0.2mm；铣削方式为逆铣；
(4)采用三把相同的球头铣刀分别沿平行于试件宽度方向、与试件长度方向成45°角和平行于试件长度方向的刀具切削路径进行高速铣削淬硬钢凸曲面实验；
(5)采用电涡流位移传感器，提取MIKRON UCP710机床主轴的振动数据，采用TR200便携式粗糙度仪提取加工表面粗糙度值；
铣刀沿平行于试件宽度方向的高速铣削实验
铣刀沿平行于试件宽度方向的高速铣削时，铣刀进给方向曲率不变，铣削宽度方向曲率不同；
(1)采用一把直径20mm、悬伸量92mm、刀具误差0.01mm的两齿涂层硬质合金可转位球头铣刀，以转速8000rpm、每齿进给量0.25mm、铣削宽度0.3mm、切削深度0.2mm的工艺方案，沿平行于试件宽度方向取三条刀具切削路径进行整体式淬硬钢凸曲面试件切削实验，获取铣刀沿铣刀进给方向和铣削宽度方向振动数据和加工表面形貌数据。其中点1、2、3、4、5为振动测点，各测点间距为9.6mm。如图5所示。其中，刀具切削路径1与试件左侧端部距离为10mm，刀具切削路径2与刀具切削路径1、刀具切削路径3与刀具切削路径2之间的距离为15mm；
(2)加工过程中铣刀振动情况如表2所示：
表2平行于试件宽度方向切削铣刀振幅
(3)对平行于试件宽度方向刀具切削路径下铣刀振动结果进行分析，结果如表3所示：
表3平行于试件宽度方向切削铣刀振动分析结果
由表3实验分析结果可知：进给方向振幅最大值、铣削宽度方向振幅最大值、铣刀进给方向振幅平均值最大值、铣削宽度方向振幅平均值最大值均出现在刀具切削路径2中；沿平行于试件宽度方向的三条刀具切削路径中，刀具切削路径2下铣刀振幅最大，振动稳定性最差。
(4)沿平行于试件宽度刀具切削路径高速切削淬硬钢凸曲面加工表面形貌实验结果如表4和图8至图10所示：
表4平行于试件宽度切削淬硬钢凸曲面加工表面形貌实验结果
(5)由表4实验分析结果可知：铣刀进给方向残余高度、铣削宽度方向残余高度最大值均出现在刀具切削路径2中；沿刀具切削路径2切削淬硬钢凸曲面，加工表面形貌最差。
铣刀沿与试件长度方向成45°角的高速铣削实验
铣刀沿与试件长度方向成45°角的刀具切削路径进行高速铣削淬硬钢凸曲面的工艺试验，沿该方向，铣刀进给方向与铣削宽度方向曲率均不断改变。
(1)采用一把直径20mm、悬伸量92mm、刀具误差0.01mm的两齿涂层硬质合金可转位球头铣刀，以转速8000rpm、每齿进给量0.25mm、铣削宽度0.3mm、切削深度0.2mm的工艺方案，沿与长度方向成45°角方向取三条刀具切削路径进行整体式淬硬钢凸曲面试件切削实验。刀具切削路径长度为68.9mm，获得凸曲面加工表面曲率频繁变化对铣刀振动影响特性，其中点1、2、3、4、5为振动测点，各测点间距为13.78mm。如图6所示。
(2)加工过程中铣刀振动情况如表5所示，铣刀振动情况分析结果如表5所示：
表5与试件长度方向成45°角切削机床主轴振幅
(3)对平行于试件宽度方向刀具切削路径下铣刀振动结果进行分析，结果如表6所示:
表6与试件长度方向成45°角切削铣刀振动分析结果
对以上实验结果分析可知：刀具切削路径5沿铣刀进给方向和铣削宽度方向机床主轴振幅平均值最大，铣刀进给方向振幅最大值也出现在刀具切削路径5中；实验结果表明，沿与试件长度方向成45°角切削淬硬钢凸曲面时，采用刀具切削路径5，铣刀振幅最大，振动稳定性最差；
(4)沿与试件长度方向成45°角刀具切削路径高速切削淬硬钢凸曲面加工表面形貌实验结果如表7、图11-图13所示，
表7与试件长度方向成45°角切削淬硬钢凸曲面加工表面形貌实验结果
(5)对与试件长度方向成45°角刀具切削路径下铣刀振动结果进行分析，结果如表8所示：
表8切削加工表面形貌分析结果
(6)由表8实验分析结果可知：铣刀进给方向残余高度、铣削宽度方向残余高度最大值、铣刀进给与吸血宽度方向残余高度差平均值均出现在刀具切削路径5中；沿刀具切削路径5，加工表面形貌均匀度最差。
铣刀沿平行于试件长度方向的高速铣削实验
沿平行于试件长度方向的刀具切削路径进行高速铣削淬硬钢凸曲面实验，铣削过程中，铣刀进给方向曲率发生改变、铣削宽度方向曲率不变；
(1)采用一把直径20mm、悬伸量92mm、刀具误差0.01mm的两齿涂层硬质合金可转位球头铣刀，以转速8000rpm、每齿进给量0.25mm、铣削宽度0.3mm、切削深度0.2mm的工艺方案，沿平行于试件长度取三条刀具切削路径进行整体式淬硬钢凸曲面试件切削实验。沿长度100mm方向切削距离为50mm，获得凸曲面加工表面曲率频繁变化对铣刀振动影响特性及加工表面形貌特征，其中点1、2、3、4、5为振动测点，各测点间距为10mm。如图7所示。
(2)加工过程中铣刀振动情况如表9所示：
表9平行试件长度方向切削铣刀振幅
(3)对平行于试件长度方向刀具切削路径下铣刀振动结果进行分析，结果如表10所示：
表10与试件长度方向成切削铣刀振动分析结果
对以上实验结果分析可知：由于三条刀具切削路径上铣刀进给方向与铣削宽度方向曲率半径变化相同，铣刀沿刀具切削路径7、8、9切削，铣刀振幅差别不大；其中，刀具切削路径7的铣削宽度方向振幅最大值、铣削宽度方向振幅平均值最大，铣刀进给方向振幅最大值、铣刀进给方向振幅平均值与刀具切削路径8、9基本相同，因此沿刀具切削路径7切削，铣刀振幅最大，振动稳定性最差；
(5)沿平行于试件长度刀具切削路径高速切削淬硬钢凸曲面加工表面形貌实验结果如表11、图14-图16所示，
表11平行于试件长度切削淬硬钢凸曲面加工表面形貌实验结果
(6)沿平行于试件长度方向刀具切削路径切削时，刀具切削路径7、8、9的加工表面形貌相同，对加工表面形貌实验结果进行分析，结果如表12所示：
表12平行于试件长度方向切削加工表面形貌分析结果
高速铣削淬硬钢凸曲面的工艺方案；
在五轴数控机床MIKRON UCP710上，采用直径20mm的两齿涂层硬质合金可转位球头铣刀，使铣刀悬伸量为92mm；以转速8000rpm、每齿进给量0.25mm、铣削宽度0.3mm、切削深度0.2mm、铣削方式为逆铣的工艺方案切削淬硬钢凸曲面；
实验采用的三种不同切削方案，每个实验方案采用3条刀具切削路径，其特征如下：
平行于试件宽度方向：三条刀具切削路径沿铣刀进给方向曲率相同，均为200mm，铣削宽度方向曲率半径不同；
与试件长度方向成45°角方向：三条刀具切削路径下，铣刀进给方向和铣削宽度方向曲率半径均不相同，且不断变化；
平行于试件长度方向：三条刀具切削路径沿铣削宽度方向曲率半径相同，均为200mm，
由实施例中铣刀沿平行于试件宽度方向的高速铣削实验、铣刀沿与试件长度方向成45°角的高速铣削实验、铣刀沿平行于试件长度方向的高速铣削实验，得出各方向中铣刀振幅最大、加工表面形貌最差的刀具切削路径如表13所示：
表13各方向切削性能最差的刀具切削路径铣刀振幅对比
由表13可知，沿刀具切削路径7切削时，铣刀的铣刀进给方向振幅最大值、铣削宽度方向振幅最大值、铣刀进给方向振幅平均值均小于刀具切削路径2、5。铣削宽度方向振幅平均值略大于刀具切削路径2；对比发现，沿刀具切削路径7切削，铣刀振幅最小，振动稳定性最好。
由实施例中铣刀沿平行于试件宽度方向的高速铣削实验、铣刀沿与试件长度方向成45°角的高速铣削实验、铣刀沿平行于试件长度方向的高速铣削实验得出各方向中加工表面形貌最差的刀具切削路径如表14所示：
表14各方向加工表面形貌最差的刀具切削路径对比
由表14可知，刀具切削路径7中铣刀进给方向残余高度平均值最小，铣削宽度方向残余高度平均值略大于刀具切削路径2，明显小于刀具切削路径5。铣刀进给与铣削宽度方向残余高度差值平均值最小。对比发现，沿刀具切削路径7切削，加工表面形貌最好。
结果表明，平行于试件长度方向的刀具切削路径，适用于加工曲率多变的淬硬钢凸曲面，可达到最优工艺效果。
虽然本发明所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。
Claims (6)
1.一种整体式淬硬钢凸曲面试件高速铣削工艺实验方法，其特征在于：具体步骤为：
步骤一、设计并加工出具有不同曲率分布的淬硬钢凸曲面试件；
步骤二、设计用于测试高速铣削淬硬钢凸曲面时铣刀振动与加工表面形貌的铣刀切削路径：分别沿平行于试件长度方向、平行于试件宽度方向、和与试件长度方向成45°角的方向设计三种刀具切削路径；
步骤三、采用三把直径相同的球头铣刀，沿步骤二中所设计的三种刀具切削路径，进行切削整体式淬硬钢凸曲面试件上表面的实验，获取加工表面不同曲率分布条件下的铣刀振动与加工表面形貌数据；
步骤四、利用沿铣刀进给方向和铣削宽度方向上的铣刀振动振幅、加工表面残余高度数据，测试出淬硬钢凸曲面曲率变化对高速铣刀振动与加工表面形貌的影响，依据振动振幅最大值和平均值，以及沿铣刀进给与铣削宽度两个方向上的加工表面形貌残余高度最大值和两个方向上的加工表面形貌残余高度差值，确定高速铣削淬硬钢凸曲面的工艺方案。
2.根据权利要求1所述的一种整体式淬硬钢凸曲面试件高速铣削工艺实验方法，其特征在于：所述步骤一中，淬硬钢凸曲面试件材料采用Cr12MoV，整体硬度为HRC55～60，其上表面沿试件长度方向分布有曲率半径分别为1140mm、66mm、1112mm的三种凸曲率，和曲率半径分别为66mm、1112mm的两种凹曲率；沿试件宽度方向分布有曲率半径为200mm的凸曲率。
3.根据权利要求2所述的一种整体式淬硬钢凸曲面试件高速铣削工艺实验方法，其特征在于：所述步骤一中，整体式淬硬钢凸曲面试件中间待切削区域正弦型轨迹线特征：沿长度方向，由试件左侧端部开始，正弦型轨迹线依次为长度21mm、曲率半径1140mm的凸圆弧线，长度19mm、曲率半径66mm的凸圆弧线，长度22mm、曲率半径1112mm的凸圆弧线，长度20mm、曲率半径66mm的凹圆弧线，长度18mm、曲率半径1112mm的凹圆弧线；各段曲面结合处为光滑过渡连接。
4.根据权利要求2所述的一种整体式淬硬钢凸曲面试件高速铣削工艺实验方法，其特征在于：所述步骤二中，每种刀具切削路径各有三条间距相等的平行刀路，即在相同的凸曲面加工区域获取九条不同的加工表面曲率分布方案。
5.根据权利要求4所述的一种整体式淬硬钢凸曲面试件高速铣削工艺实验方法，其特征在于：所述步骤二中，沿每条刀具切削路径平均各取5个测点测试铣刀振动情况，分别编号为1、2、3、4、5；
平行于试件宽度方向各测点之间距离为9.6mm，其中，刀具切削路径1中的测点编号设定为1-1、1-2…1-5,刀具切削路径2中的测点编号为2-1、2-2…2-5,刀具切削路径3中的测点编号为3-1、3-2…3-5；
与试件长度方向成45°角方向各测点之间距离13.78mm，其中，刀具切削路径4中的测点编号为4-1、4-2…4-5，刀具切削路径5中的测点编号为5-1、5-2…5-5，刀具切削路径6中的测点编号为6-1、6-2…6-5；
平行于试件长度方向各测点之间距离为10mm，其中，刀具切削路径7中的测点编号为7-1、7-2…7-5，刀具切削路径8中的测点编号为8-1、8-2…8-5，刀具切削路径9中的测点编号为9-1、9-2…9-5。
6.根据权利要求4或5所述的一种整体式淬硬钢凸曲面试件高速铣削工艺实验方法，其特征在于：所述步骤三中，三把球头铣刀为直径20mm的两齿涂层硬质合金可转位球头铣刀，加工条件为：转速8000rpm、每齿进给量0.25mm、铣削宽度0.3mm、铣削深度0.2mm。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54154892A (en) * | 1978-05-26 | 1979-12-06 | Hitachi Seiko Ltd | Machining method for waving surface |
| JP2001025911A (ja) * | 1999-07-09 | 2001-01-30 | Tokkyokiki Corp | 曲弧形任意形状の製作方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54154892A (en) * | 1978-05-26 | 1979-12-06 | Hitachi Seiko Ltd | Machining method for waving surface |
| JP2001025911A (ja) * | 1999-07-09 | 2001-01-30 | Tokkyokiki Corp | 曲弧形任意形状の製作方法 |
| CN101708560A (zh) * | 2009-11-11 | 2010-05-19 | 吉林大学 | 曲面切削加工装置 |
| CN102632284A (zh) * | 2011-12-14 | 2012-08-15 | 哈尔滨理工大学 | 控制高速铣削大型淬硬钢曲面刀具消耗量的工艺方法 |
| CN203221355U (zh) * | 2013-03-14 | 2013-10-02 | 广西玉柴机器股份有限公司 | 气缸体夹紧座 |
Non-Patent Citations (2)
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| 刀具姿态对H13模具钢加工表面残余应力的影响;王维等;《工具技术》;20100228;第44卷(第2期);第19－20页 * |
| 数控机床切削性能测试典型试件综述;仇健;《制造技术与机床》;20140930(第9期);同上 * |
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