一種切削試驗用的試樣結構及切削試驗方法
【專利摘要】本發明提供一種切削試驗用的試樣結構，其具有由多個長方體形成的塔狀結構，所有長方體的中心在一條垂線上，沿著塔狀結構的頂部到底部的方向，每個長方體的頂表面的長和寬逐漸變大。本發明的切削試驗方法包括步驟：(1)根據切削參數組的總數確定用于切削實驗操作的長方體的數目，將試樣結構加工成具有由多個長方體形成的塔狀結構；(2)對用于切削實驗操作的每個長方體的四個側面進行編號，按照從頂部到底部的順序將用于切削實驗操作的每個長方體的四個側面按照順時針或逆時針的順序進行編號；(3)按照編號順序對每個側面采用一個切削參數組進行切削試驗，并采用三分量測力儀測量切削力。
【專利說明】一種切削試驗用的試樣結構及切削試驗方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于機械加工【技術領域】，具體地，涉及一種切削試驗用的試樣結構及切削試驗方法。
【背景技術】
[0002]在行切削技術研究中，通常需要考慮切深、切寬、進給、切削速度以及刀具刃口角度等多個因素，并將每個因素按照實際生產應用情況劃分為若干水平，形成不同的切削參數組進行多因素多水平的正交切削試驗。測量和分析不同切削參數組所產生的切削力、表面粗糙度、表面殘余應力和表面裂紋等，并從中優選切削效率高和質量高的切削參數組，是獲取最佳切削工藝的常用方法。
[0003]傳統的切削試驗中所采用的試樣結構一般為板狀或塊狀，在一次試驗中只能利用一組切削參數對試樣的一個面或兩個面進行切削，每次切削試驗完成后須從機床上取下來，再測量和分析表面粗糙度、表面殘余應力和表面裂紋等，測量完成后再按另外的參數組進行試驗。對于多因素多水平的正交切削試驗而言，若采用傳統的試樣則需要的試樣數量多、試驗周期長，不僅浪費了寶貴的材料，還降低了試驗數據的產出效率，已經成為金屬切削技術研究的一個重要難題。
【發明內容】
[0004]本發明針對傳統的切削試驗的試樣結構材料浪費多、試驗效率低、檢測過程復雜等問題，提出了一種切削試驗用的試樣結構及試驗方法。該試樣結構簡單，可以在一次裝夾后進行多次切削試驗，便于試驗后的檢測，可以使切削試驗和檢測過程相分離。
[0005]根據本發明的第一個方面，提供一種切削試驗用的試樣結構，所述試樣結構具有由多個長方體形成的塔狀結構，所有長方體的中心在一條垂線上，沿著塔狀結構的頂部到底部的方向，每個長方體的頂表面的長和寬逐漸變大，其中，所述塔狀結構的底部的長方體用于夾緊操作，剩余的長方體用于切削試驗操作。
[0006]其中，每個長方體的頂表面為正方形。
[0007]其中，用于切削試驗操作的長方體的數目由切削參數組的總數確定。
[0008]其中，用于切削試驗操作的長方體具有相同的高度。
[0009]根據本發明的第二個方面，提供一種使用前述試樣結構進行的切削試驗方法，所述切削試驗方法包括步驟:
[0010](I)根據切削參數組的總數確定用于切削實驗操作的長方體的數目，將試樣結構加工成具有由多個長方體形成的塔狀結構；
[0011](2)對用于切削實驗操作的每個長方體的四個側面進行編號，其中，根據正交試驗參數組表，按照從塔狀結構的頂部到底部的順序將用于切削實驗操作的每個長方體的四個側面按照順時針或逆時針的順序進行編號；以及
[0012](3)按照編號順序對每個側面采用一個切削參數組進行切削試驗，并采用三分量測力儀測量切削力。
[0013]其中，在所述步驟(3)中還包括在采用三分量測力儀測量不同方向的切削力時，將三分量測力儀力信號進行坐標轉換，使得各個側面的切削試驗力信號方向一致。
[0014]本發明的試樣結構簡單，可以在一次裝夾后進行多次切削試驗，且裝夾方便，便于試驗后必要參數的檢測，可以使切削試驗和檢測過程相分離，能夠大大地減少試樣所需材料。
[0015]本發明的試驗方法通過對各試驗面進行編號以及對力信號的坐標轉換，很大程度地提高了試驗過程的效率，并且降低了后續數據處理的難度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]本發明的其它特征以及優點將通過以下結合附圖詳細描述的優選實施方式更好地理解，附圖中，相同的附圖標記標識相同或相似的部件，其中:
[0017]圖1為本發明中切削試驗用的試樣結構的示意圖；
[0018]圖2a、2b、2c為本發明中各個面的編號方法示意圖；以及
[0019]圖3為本發明中的試驗方法的走刀路徑示意圖。
【具體實施方式】
[0020]在以下優選的實施例的具體描述中，將參考構成本發明一部分的所附的附圖。所附的附圖通過示例的方式示出了能夠實現本發明的特定的實施例。示例的實施例并不旨在窮盡根據本發明的所有實施例。可以理解，在不偏離本發明的范圍的前提下，可以利用其他實施例，也可以進行結構性或者邏輯性的修改。
[0021]在以下的具體描述中，方向性的術語，例如“左”、“右” “頂部”、“底部”、“前”、“后”
等，參考附圖中描述的方向使用。本發明的實施例的部件可被置于多種不同的方向，方向性的術語是用于示例的目的而非限制性的。
[0022]圖1為本發明中切削試驗用的試樣結構的示意圖。本發明的切削試驗用的試樣結構具有由多個長方體形成的塔狀結構，所有長方體的中心在一條垂線上，沿著塔狀結構的頂部到底部的方向，每個長方體的頂表面的長和寬逐漸變大。矩形橫截面矩形的邊長根據檢測所需試樣尺寸大小與試驗時所采用的切削參數組的切削寬度以及層序號所確定，保證上小下大。
[0023]其中，塔狀結構的底部的長方體I用于夾緊操作，剩余的長方體21、22、23用于切削試驗操作。長方體I代表裝夾部位，位于試樣的最下端，不能進行切削試驗。
[0024]優選地，每個長方體具有正方形頂表面，沿著塔狀結構的頂部到底部的方向，每個長方體的正方形頂表面的邊長逐漸變大。
[0025]優選地，用于切削試驗操作的長方體的數目為3，這取決于切削參數組的總數。用于切削試驗操作的長方體的數量根據切削參數組的總數所確定，每層四組參數。例如，12組參數組，用于切削試驗操作的長方體數量為3。
[0026]優選地，用于切削試驗操作的長方體具有相同的高度。該高度根據切削參數組中的切削深度確定，同一層切削深度相同。
[0027]若試驗方案為研究切削過程中不同切削速度、每齒進給量下的切削力、表面粗糙度、表面應力和表面裂紋的變化規律和趨勢，則切削深度和切削寬度保持不變。如果切削速度有3個水平，每齒進給量4個水平，則總共12組參數組，這樣該試樣結構分為3層。考慮到裂紋檢測和試樣剛度要求，試樣長度和寬度定為40mm ;試驗用的切深ap為10mm，切寬ae為2mm ;因此,試樣高度為50mm(最下面20mm為裝夾需要，不用于切削試驗)；每層截面都為正方形，從上到下每層截面邊長依次為28mm、32mm、36mm、40mm,高度分別為10mm、10mm、10mm、20mmo
[0028]本發明還提供一種切削試驗方法，其中，最初的長方體的試樣結構將被加工成具有由多個長方體形成的塔狀結構，所述塔狀結構的底部的長方體用于夾緊操作，剩余的長方體用于切削試驗操作，
[0029]所述切削試驗方法包括步驟:
[0030](I)根據切削參數組的總數確定用于切削實驗操作的長方體的數目，將試樣結構加工成具有由多個長方體形成的塔狀結構，如圖1中所示。
[0031]用于切削試驗操作的長方體的數量根據切削參數組的總數所確定，每層四組參數。例如，12組參數組，用于切削試驗操作的長方體數量為3。
[0032](2)對用于切削實驗操作的每個長方體的四個側面進行編號，其中，根據正交試驗參數組表，按照從頂部到底部的順序將用于切削實驗操作的每個長方體的四個側面按照順時針或逆時針的順序進行編號。
[0033]參見圖2a、2b和2c，示出了本發明中各個面的編號方法示意圖，編號211、212、213、214分別為試樣第一層長方體21的4個面的標號,編號221、222、223、224分別為第二層長方體22的4個面的編號，編號231、232、233、234分別為第三層長方體23的4個面的編號，依此類推，2xl-2x4分別為第X層4個面的編號，圖中每層4個面的編號順序為順時針。當然，逆時針也可以。
[0034](3)按照編號順序對每個側面采用一個參數組進行切削試驗，并采用三分量測力儀測量切削力。
[0035]由于在對試樣進行順時針或逆時針切削時，刀具走刀方向經常發生變化，導致測力儀檢測到的X、Y方向上力信號和試驗所需分析的力信號方向不一致。因此，本方法將力信號進行坐標轉換，上述坐標變換其特征是將測力儀測得的力信號本身的坐標系繞Z軸進行90度、180度和270度旋轉，使得各個面的切削試驗力信號方向一致。
[0036]圖3為本發明中試驗方法走刀路徑示意圖，311和312為機床坐標系的X軸和Y軸；321和322為測力儀的X軸和Y軸；331、332、333、334分別為試驗過程中切削編號為2xl-2x4的4個面時的刀具位置和走刀方向；34為切削過程中的試樣。
[0037]如圖1所示，首先用虎鉗將試樣的長方體I夾緊并將虎鉗裝夾在測力儀上，最后將測力儀固定在機床上，同時使得測力儀的X軸和機床的X軸方向一致。
[0038]按如圖2所示的編號方法給試樣進行編號，按順時針編號依次增大，便于后面對必要參數的檢測。
[0039]試驗試樣分為3層，在同一層應用同一切削深度ap，其他切削參數可以不同如切削速度V、每齒進給量^等，不同層的切削深度&1)可以不同；按編號211-212-213-214，然后221-222-223-224，然后231-232-233-234，從上到下、從小到大的順序進行切削試驗。
[0040]如果最初的試樣結構為長方體，由于最上面一層相對于最下面一層要切除的深度最大，所以最上面的一層每個面可以對同一組參數進行3次切削試驗，同時可進行3次切削力測量；下面層數每個面可以進行的切削試驗的次數依次減少，第二層為2次，第三層為I次。
[0041]切削試驗完成后，得到最終的上述試樣形狀，將試樣從夾具上卸下，清潔后便可對表面粗糙度、表面裂紋、表面應力等進行后續測量。
[0042]在測量切削力的過程中，還需對切削力信號的方向進行轉換，便于分析和研究。如圖3所示，編號為2x1面的切削力方向331不變，作為標準；編號為2x2的切削力方向332繞Z軸逆時針轉90度或順時針轉270度；編號為2x3的切削力方向333繞Z軸逆時針/順時針轉180度；編號為2x4的切削力方向334繞z軸逆時針轉270度或順時針轉90度。
[0043]本發明的試驗方法通過對各試驗面進行編號以及對力信號的坐標轉換，很大程度地提高了試驗過程的效率，并且降低了后續數據處理的難度。
[0044]以上已揭示本發明的具體實施例的技術內容及技術特點，然而可以理解，在本發明的創作思想下，本領域的技術人員可以對上述公開的各種特征和未在此明確示出的特征的組合作各種變化和改進，但都屬于本發明的保護范圍。上述實施例的描述是示例性的而不是限制性的，本發明的保護范圍由權利要求所確定。
【權利要求】
1.一種切削試驗用的試樣結構，其特征在于，所述試樣結構具有由多個長方體形成的塔狀結構，所有長方體的中心在一條垂線上，沿著塔狀結構的頂部到底部的方向，每個長方體的頂表面的長和寬逐漸變大，其中，所述塔狀結構的底部的長方體用于夾緊操作，剩余的長方體用于切削試驗操作。
2.根據權利要求1所述的試樣結構，其特征在于，每個長方體的頂表面為正方形。
3.根據權利要求1或2所述的試樣結構，其特征在于，用于切削試驗操作的長方體的數目由切削參數組的總數確定。
4.根據權利要求1或2所述的試樣結構，其特征在于，用于切削試驗操作的長方體具有相同的高度。
5.一種使用權利要求1到4中任一項所述的試樣結構進行的切削試驗方法，其特征在于，所述切削試驗方法包括步驟: (1)根據切削參數組的總數確定用于切削實驗操作的長方體的數目，將試樣結構加工成具有由多個長方體形成的塔狀結構； (2)對用于切削實驗操作的每個長方體的四個側面進行編號，其中，按照從塔狀結構的頂部到底部的順序將用于切削實驗操作的每個長方體的四個側面按照順時針或逆時針的順序進行編號；以及 (3)按照編號順序對每個側面采用一個切削參數組進行切削試驗，并采用三分量測力儀測量切削力。
6.根據權利要求5所述的切削試驗方法，其特征在于，在所述步驟(3)中還包括在采用三分量測力儀測量不同方向的切削力時，將三分量測力儀力信號進行坐標轉換，使得各個側面的切削試驗力信號方向一致。
【文檔編號】G01N3/58GK103760049SQ201410016450
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月14日 優先權日:2014年1月14日
【發明者】戎斌, 王冬生, 何寧, 張烘州, 李亮 申請人:上海飛機制造有限公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
