CN104942656A - 一种整体式淬硬钢凹曲面试件高速铣削工艺实验方法及凹曲面试件 - Google Patents

一种整体式淬硬钢凹曲面试件高速铣削工艺实验方法及凹曲面试件 Download PDF

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Abstract

一种整体式淬硬钢凹曲面试件高速铣削工艺实验方法及凹曲面试件，涉及一种高速铣削工艺实验方法及试件。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凹曲面试件，采用球头铣刀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凹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，测试出淬硬钢凹曲面曲率变化对铣刀振动与加工表面形貌的影响，给出整体式淬硬钢凹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

一种整体式淬硬钢凹曲面试件高速铣削工艺实验方法及凹曲面试件
技术领域
本发明涉及一种凹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凹曲面试件高速铣削工艺实验方法及凹曲面试件，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凹曲面时，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凹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，高速铣削淬硬钢凹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凹曲面试件高速铣削工艺实验方法及凹曲面试件，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凹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凹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凹曲面试件；
步骤二、设计用于测试高速铣削淬硬钢凹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凹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，测试出淬硬钢凹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凹曲面的工艺方案。
对方案进一步设计：所述步骤一中，淬硬钢凹曲面试件材料采用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的凹曲率。
对方案进一步设计：所述步骤一中，整体式淬硬钢凹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18mm、曲率半径1112mm的凸圆弧线，长度20mm、曲率半径66mm的凸圆弧线，长度23mm、曲率半径1140mm的凸圆弧线，长度19mm、曲率半径66mm的凹圆弧线，长度21mm、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，即在相同的凹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。
根据本发明的一个方面，提供了一种整体式淬硬钢凹曲面试件，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。
整体式淬硬钢凹曲面试件，该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；整体式淬硬钢凹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的凹曲面；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：整体式淬硬钢凹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：整体式淬硬钢凹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18mm、曲率半径1112mm的凸圆弧线，长度20mm、曲率半径66mm的凸圆弧线，长度23mm、曲率半径1140mm的凸圆弧线，长度19mm、曲率半径66mm的凹圆弧线，长度21mm、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凹曲面的淬硬钢试件，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凹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凹曲面的实验，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凹曲面的工艺方案，为高速铣削大型淬硬钢凹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；具有变曲率凹曲面的淬硬钢试件，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凹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凹曲面试件立体图；
图2是本发明的实施例的淬硬钢凹曲面试件主视图；
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凹曲面加工表面形貌(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凹曲面加工表面形貌(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凹曲面加工表面形貌(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°角切削淬硬钢凹曲面加工表面形貌(4-1测点)；
图12是本发明的实施例的试件长度方向成45°角切削淬硬钢凹曲面加工表面形貌(5-1测点)；
图13是本发明的实施例的试件长度方向成45°角切削淬硬钢凹曲面加工表面形貌(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凹曲面加工表面形貌(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凹曲面加工表面形貌(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凹曲面加工表面形貌(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凹曲面试件高速铣削工艺实验方法及凹曲面试件。
整体式淬硬钢凹曲面试件设计；
设计的整体式淬硬钢凹曲面试件结构如图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)整体式淬硬钢凹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)整体式淬硬钢凹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的凹曲面；沿长度方向，为曲率半径连续变化的正弦型轨迹线；
(4)整体式淬硬钢凹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18mm、曲率半径1112mm的凸圆弧线，长度20mm、曲率半径66mm的凸圆弧线，长度23mm、曲率半径1140mm的凸圆弧线，长度19mm、曲率半径66mm的凹圆弧线，长度21mm、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凹曲面试件实验方案设计；
(1)高速铣削淬硬钢凹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凹曲面；沿宽度方向凹曲面曲率半径为200mm，沿长度方向凹曲面曲率半径依次为1140mm、66mm、1112mm，长度分别为21mm、19mm、10mm；
(2)高速铣削淬硬钢凹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凹曲面实验，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凹曲面实验；
(5)可采用电涡流位移传感器，提取MIKRON UCP710机床主轴的振动数据，可采用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凹曲面试件切削实验，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铣刀振幅平均值
(4)利用测点振幅与均值差值平方和λ对铣刀振动状态进行评价：
λ＝(x1-μ)2+(x2-μ)2+(x3-μ)2+(x4-μ)2+(x5-μ)2   (1)
式中，x1、x2、x3、x4、x5分别为铣刀在测点1、2、3、4、5处的振幅值，μ为铣刀在各测点处振幅平均值；
(5)利用式(1)对表2、表3中数据处理结果如表4所示：
表4铣刀振动振幅的λ值
由表4实验分析结果可知：刀具切削路径3中，铣刀振动振幅的λ值沿铣刀进给方向、铣削宽度方向均大于刀具切削路径1、2；铣刀沿平行于试件宽度方向切削淬硬钢凹曲面时，刀具切削路径3铣刀振动稳定性最差。
(5)沿平行于试件宽度刀具切削路径高速切削淬硬钢凹曲面加工表面形貌实验结果如表5和图8至图10所示：
表5淬硬钢凹曲面加工表面形貌实验结果
(6)由表5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，且其进给与铣削宽度方向残余高度差值最大；沿刀具切削路径2切削淬硬钢凹曲面，加工表面形貌纹理均匀度差。
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凹曲面的工艺试验，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凹曲面试件切削实验。刀具切削路径长度为68.9mm，获得凹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6所示：
表6与试件长度方向成45°角切削铣刀振幅
对与试件长度方向成45°角方向刀具切削路径下铣刀振动结果进行分析，求出刀具切削路径1、2、3中铣刀进给方向、铣削宽度方向振幅平均值如表7所示：
表7铣刀振动分析结果
利用公式(1)对铣刀振动情况进行评价，对表6、7中的数据处理结果如表8所示：
表8铣刀振动振幅的λ值
由表8实验分析结果可知：刀具切削路径4中，铣刀振动振幅的λ值沿铣刀进给方向、铣削宽度方向均大于刀具切削路径5、6；铣刀沿与试件长度方向成45°角方向切削淬硬钢凹曲面时，刀具切削路径4铣刀振动稳定性最差；
(3)沿与试件长度方向成45°角刀具切削路径高速切削淬硬钢凹曲面加工表面形貌实验结果如表9、图11-图13所示，
表9淬硬钢凹曲面加工表面形貌实验结果
(4)沿与试件长度方向成45°角方向刀具切削路径高速切削淬硬钢凹曲面加工表面形貌实验结果如表10：
表10加工表面形貌分析结果
由表10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4中；沿刀具切削路径4，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凹曲面实验，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凹曲面试件切削实验。沿长度100mm方向切削距离为50mm，获得凹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11所示：
表11平行试件长度方向切削铣刀振幅
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12所示：
表12铣刀振动分析结果
利用公式(1)对铣刀振动情况进行评价，对表11、12中的数据处理结果如表13所示：
表13铣刀振动振幅的λ值
由表13实验分析结果可知：刀具切削路径8中，铣刀振动振幅的λ值沿铣刀进给方向、铣削宽度方向的平均值大于刀具切削路径7、9；铣刀沿平行于试件长度方向切削淬硬钢凹曲面时，刀具切削路径8铣刀振动稳定性最差。
(3)沿平行于试件长度刀具切削路径高速切削淬硬钢凹曲面加工表面形貌实验结果如表14、图14-图16所示，
表14淬硬钢凹曲面加工表面形貌实验结果
(4)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15所示：
表15加工表面形貌分析结果
高速铣削淬硬钢凹曲面的工艺方案；
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凹曲面；
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，沿进给方向半径依次为1140mm、66mm、1112mm。
由实施例中所述的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动振幅的λ值最大的刀具切削路径如表16所示，选出铣刀振动振幅λ值最小的切削方案。
表16各方向铣刀振动振幅的λ值对比
由表16可知，沿刀具切削路径3切削时，铣刀的铣刀进给方向与铣削宽度方向振动振幅的λ值平均值小于刀具切削路径4、8，沿刀具切削路径3切削，铣刀振幅最小，切削稳定性最好。
由实施例中所述的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17所示：
表17各方向加工表面形貌最差的刀具切削路径对比
由表17可知，刀具切削路径2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与刀具切削路径7、8、9相同，小于刀具切削路径4。沿切削路径2切削淬硬钢凹曲面，铣刀进给方向残余高度平均值、铣削宽度方向残余高度平均值均最小，结果表明，沿刀具切削路径2切削淬硬钢凹曲面，其加工表面形貌最好。
由此可知，铣刀进给方向曲率不变、铣削宽度方向曲率变化的工艺方案适用于加工曲率多变的淬硬钢凹曲面。采用该工艺方案，可使铣刀沿铣刀进给方向振幅控制在19.1～20.4μm范围内，铣削宽度方向振幅控制在17.85～18.55μm范围内，铣刀进给方向残余高度0.9μm，铣削宽度方向残余高度控制在1.1～1.8μm范围内。
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 (10)

1.一种整体式淬硬钢凹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凹曲面试件；
步骤二、设计用于测试高速铣削淬硬钢凹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凹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，测试出淬硬钢凹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凹曲面的工艺方案。
2.根据权利要求1所述的一种整体式淬硬钢凹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，淬硬钢凹曲面试件材料采用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的凹曲率。
3.根据权利要求2所述的一种整体式淬硬钢凹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，整体式淬硬钢凹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18mm、曲率半径1112mm的凸圆弧线，长度20mm、曲率半径66mm的凸圆弧线，长度23mm、曲率半径1140mm的凸圆弧线，长度19mm、曲率半径66mm的凹圆弧线，长度21mm、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凹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，即在相同的凹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凹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凹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。
7.一种整体式淬硬钢凹曲面试件，其特征在于：该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；整体式淬硬钢凹曲面试件中间待切削区域轮廓尺寸及结构为：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的凹曲面；沿长度方向，为曲率半径连续变化的正弦型轨迹线。
8.根据权利要求7一种整体式淬硬钢凹曲面试件，其特征在于：整体式淬硬钢凹曲面试件底部凸台结构尺寸为：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。
9.根据权利要求7一种整体式淬硬钢凹曲面试件，其特征在于：整体式淬硬钢凹曲面试件中间待切削区域正弦型轨迹线为：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18mm、曲率半径1112mm的凸圆弧线，长度20mm、曲率半径66mm的凸圆弧线，长度23mm、曲率半径1140mm的凸圆弧线，长度19mm、曲率半径66mm的凹圆弧线，长度21mm、曲率半径1112mm的凹圆弧线；各段曲面结合处为光滑过渡连接。
10.根据权利要求7一种整体式淬硬钢凹曲面试件，其特征在于：试件材料采用Cr12MoV锻件；淬火后硬度为HRC55～60。
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