拼接淬硬模具钢高频微幅振动铣削测试装置

摘要

一种拼接淬硬模具钢高频微幅振动铣削测试装置，包括数控铣削加工中心，数控铣削加工中心包括机架、主轴和铣刀，待加工工件包括硬度各不相同的左边试件、中间试件和右边试件，左边试件、中间试件和右边试件固定在连接板底座上，连接板底座安装在测力仪上，测力仪通过试件安装板与电液式振动发生液压缸刚性连接，电液式振动发生液压缸与数控加工中心的工件台固定连接，加速度感器安装在待加工工件的端面上以及电液式振动发生液压缸的端面上；加速度传感器与数据采集卡连接，测力仪与数据采集卡连接，数据采集卡与笔记本电脑连接。本发明能在铣削过程中记录并分析铣削不同硬度材料时的进给方向切削力状况。

权利要求

1.一种拼接淬硬模具钢高频微幅振动铣削测试装置，其特征在于：所述测试装置包括数控铣削加工中心，所述数控铣削加工中心包括机架、主轴和铣刀，所述主轴可转动地安装在机架上，所述铣刀安装在主轴下端，待加工工件位于所述铣刀的下方，所述待加工工件包括硬度各不相同的左边试件、中间试件和右边试件，所述的左边试件、中间试件和右边试件固定在连接板底座上，所述的连接板底座安装在测力仪上，所述测力仪通过试件安装板与电液式振动发生液压缸刚性连接，所述的电液式振动发生液压缸与数控加工中心的工件台固定连接，加速度感器安装在所述的待加工工件的端面上以及所述的电液式振动发生液压缸的端面上；所述的加速度传感器与数据采集卡连接，所述的测力仪与数据采集卡连接，所述数据采集卡与用以记录振动铣削过程中的铣削振动和铣削力信号的笔记本电脑连接。

说明书

拼接淬硬模具钢高频微幅振动铣削测试装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种拼接淬硬模具钢高频微幅振动铣削测试装置，特别是指一种能在振动铣削过程中记录并分析铣削不同硬度拼接材料时的切削力和切削振动状况的测试装置。

背景技术

[0002] 大型汽车覆盖件模具的凸、凹模自由型面上存在大量沟槽、转角、凹陷、凸起等复杂结构，冲压过程中这些局部结构易出现磨损严重、拉毛拉裂等问题而使模具无法使用。为提高模具使用寿命，满足冲压复杂型腔不同部位受力不同的要求，复杂模具型腔使用不同硬度的淬硬模具钢采用拼接的形式制造。

[0003] 为了保证模具型面的完整性和覆盖件成形质量，需要在同一台CNC机床上和用同一把刀具完成，刀具使用寿命要求达到4-12小时以上。不同硬度淬硬钢在铣削力的作用下，由于其弹性模量有差异，加工中容易出现让刀现象，导致不同硬度区的尺寸精度难以保证。

[0004] 采用传统铣削加工拼接模具钢，存在颤振强度、切屑形成稳定性、刀具磨损及材料去除效率以及工件表面质量等问题。

[0005] 同等条件下的铣削过程中，不同硬度拼接淬硬模具钢的铣削振动较单一硬度淬硬钢更为剧烈，与工件硬度呈现正相关性，在模具拼接区域处，由于铣削特性复杂，刀具和工件的振动过大，剧烈的铣削振动等致使刀具磨损速率加快甚至出现破损，致使模具的表面质量急剧下降，并导致模具加工品质和成品率低，严重制约着大型汽车覆盖件拼接模具成形精度和效率的提高。因此，本发明提出一种测试装置，以深入研究振动铣削过程中的铣削力及铣削振动状况。

发明内容

[0006] 为了解决普通铣削在拼缝处振动过大而影响工件表面质量的问题，本发明提供一种频率在1000Hz以上，振幅0.1μm，激振力达到500N，特别是记录并分析铣削多硬度拼接材料时进给方向切削力状况的电液振动辅助铣削测试装置。

[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

[0008] 一种拼接淬硬模具钢高频微幅振动铣削测试装置，所述测试装置包括数控铣削加工中心，所述数控铣削加工中心包括机架、主轴和铣刀，所述主轴可转动地安装在机架上，所述铣刀安装在主轴下端，待加工工件位于所述铣刀的下方，所述待加工工件包括硬度各不相同的左边试件、中间试件和右边试件，所述的左边试件、中间试件和右边试件固定在连接板底座上，所述的连接板底座安装在测力仪上，所述测力仪通过试件安装板与电液式振动发生液压缸刚性连接，所述的电液式振动发生液压缸与数控加工中心的工件台固定连接，加速度感器安装在所述的待加工工件的端面上以及所述的电液式振动发生液压缸的端面上；所述的加速度传感器与数据采集卡连接，所述的测力仪与数据采集卡连接，所述数据采集卡与用以记录振动铣削过程中的铣削振动和铣削力信号的笔记本电脑连接。

[0009] 本发明专利的有益效果主要表现在：振动铣削加工通过对工件施加频率1000Hz以上，振幅0.1μm，激振力达到500N的纵向的高频微幅振动，可以获得微观上高频断续的冲击铣削效果，可以减小导致刀具迅速磨损的热化学作用，降低铣削力，提高材料的可加工性、表面质量及刀具寿命，较传统铣削加工有巨大优势。另外，本发明能在铣削过程中记录并分析铣削不同硬度材料时的进给方向切削力状况。

附图说明

[0010] 图1为本发明装置的示意图。

[0011] 图2为本发明的振动铣削装置图。

[0012] 图3为本发明的振动铣削装置俯视图。

[0013] 图4为工件、连接板底座、测力仪连接装置的剖视图。

[0014] 图5为振动发生液压缸的剖视图。

具体实施方式

[0015] 下面结合附图对本发明做进一步描述。

[0016] 参照图1～图5，一种多硬度拼接材料高频微幅振动辅助铣削的测试装置，结合数控加工中心和高频电液发生器进行的结构设计。参照图1-5，该铣削装置包括高速数控铣削加工中心和高频电液振动发生器，所述高速数控铣削加工中心包括机架1、主轴2和铣刀3，所述主轴可转动地安装在机架上，所述铣刀安装在主轴下端，待加工工件位于所述铣刀的下方，所述待加工工件包括左边试件11、中间试件12和右边试件13，所述待加工工件包括左边试件11、中间试件12和右边试件13的硬度不同，所述左边试件11、中间试件12和右边试件13固定在连接板17上，所述的连接板17安装在测力仪18上，所述测力仪18安装在连接板底座19上，所述连接板底座19与高频电液振动发生器6刚性连接，所述的高频电液振动发生器6由液压油源25、高速电磁阀26和振动发生液压缸24构成，所述的振动发生液压缸24固定在数控加工中心的工件台8上。加速度传感器5分别安装在所述的待加工工件4的上端面和所述的连接板底座19的下端面上。所述加速度传感器5通过00C30同轴电缆与数据采集卡9连接，所述测力仪18通过电荷放大器与数据采集卡9连接，所述数据采集卡9与用以记录铣削过程铣削力和铣削振动信号的笔记本电脑10连接。

[0017] 本实施例的多硬度拼接材料高频微幅电液振动辅助铣削测试装置，包括数控加工中心、工件部分4、测力仪18、高频电液振动发生器6、数据采集卡9和笔记本电脑10，本实施例的笔记本电脑为移动工作站DELL M90；

[0018] 所述的工件部分4包括左边试件11、中间试件12和右边试件13，所述的左边试件11、中间试件12和右边试件13之间用所述的六角螺母14和所述的六角头铰制孔用螺栓15连接成一个整体，所述的左边试件11、中间试件12和右边试件13安装在所述的连接板17上，所述的连接板17下面板有沉头孔，所述的工件下底面有螺纹盲孔，所述的沉头孔上安装所述的内六角圆柱头螺钉16用以固定所述的连接板17和所述的左边试件11、中间试件12和右边试件13，所述的连接板17安装在所述的测力仪18上，所述的连接板17上面板有沉头孔，所述的测力仪上面板上有螺纹盲孔，所述的沉头孔上安装有所述的内六角圆柱头螺钉21用以连接所述的连接板17和所述的测力仪18，所述的测力仪18底座上有沉头孔，所述的连接板底座19上有螺纹盲孔，所述的沉头孔上安装有所述的内六角头螺钉20用以固定在所述的测力仪18和所述的连接板底座19，所述的连接板底座19安装在振动发生液压缸24上，所述的振动发生液压缸24底座上有法兰安装孔，所述的法兰安装孔上安装有所述的六角头螺栓23和六角头螺母22用以固定所述的振动发生液压缸24和机床工作台8。所述的高频电液振动发生器6由液压油源25、高速电磁阀26和振动发生液压缸24构成。所述的振动发生液压缸24内设有活塞27，所述活塞27上侧与活塞杆28固定连接，所述活塞杆28的一端伸出所述的振动发生器液压缸24的缸体外，所述缸体内上侧内腔的油口A与高压油箱连通，所述缸体中活塞下侧内腔的油口B与所述高速电磁阀26的进出油口PT连通。

[0019] 在本发明中，所述的传感器部分5为美国PCB公司的333B30型加速度传感器；所述的传感器5安装在所述的工件4上端面以及所述的连接板底座19的下端面上；所述的高速电磁阀26选用型号为34D-10B的三位四通电磁换向阀，工作频率为1000Hz。

[0020] 所述的数据采集卡型号为LMS SCADAIII数据采集卡；

[0021] 所述的移动工作站上安装有LMS test.lab软件。

[0022] 本实施例的工作过程为：首先将所述的工件部分安装在振动发生液压缸上，根据本发明装置设计振动发生液压缸连接板底座，将本装置用螺栓固定安装在机床工件台上。接下来，将所述的加速度传感器固定在工件上，所述的加速度传感器通过00C30同轴电缆接入到数据采集卡，所述的测力仪接入电荷放大器将电压放大至0-5V后连接到数据采集卡前端，所述的数据采集卡连接到移动工作站上。下一步，在本发明装置上，安装铣削刀具，打开电源，根据铣削工艺的需要，调整工作频率，使工件沿进给方向获得高频微幅振动。接着根据工艺要求，设定切削参数，如切削速度、切削深度、进给量等，在所述的移动工作站上运行LMS test.lab软件，调试设备，标定所述的传感器。最后，在所述的高速加工中心上输入测试程序，运行所述的高速加工中心，用所述的LMS test.lab软件记录分析数据。

[0023] 本实施例的测试装置。它是一种由数控加工中心和高频电液发生器构成，需要用高频电源激励的用于金属切削的振动铣削装置。高频微幅电液振动辅助铣削加工，是一种在待加工工件上附加一个强迫的纵向振动，产生特殊铣削效果的金属铣削加工方法，它是通过高频电液振动发生器来实现的。高频电液振动发生器由液压油源、高速电磁阀和振动发生液压缸构成。液压油源将压力油经过高速电磁阀输入到振动发生液压缸中，压力油在在高速电磁阀作用下推动活塞上下运动，从而产生高频振动。高速电磁阀为三位四通电磁换向阀，阀芯可实现左位、中位、右位三个位置的变换。两边电磁铁不通电时，阀芯处于中位，P、T、A、B互不相通，换向阀停止向振动发生液压缸供压力油。当电磁铁左端得电时，阀芯推向右边，压力油从P口进入阀体，经B口通向振动发生液压缸，而从液压缸流回的油液经A口进入阀体，并由回油口T流回油箱，振动发生液压缸在压力油的作用下向上运动；当电磁铁右端得电时，阀芯推向左边，压力油经P、A口通向振动发生液压缸，回油则经B、T口流回油箱，振动发生液压缸在压力油作用下反向运动。阀口A和B与阀口P和T交替导通，油缸活塞将作周期性的往复运动产生激振，从而被加工工件在进给方向上获得高频微幅振动，获得振动辅助铣削的效果。利用高频振动发生器，该装置能有效地降低铣削力，克服普通铣削在拼缝处振动过大的问题，从而获得一系列普通铣削所不具备的特点，如抑制颤振、抑制毛刺、降低切削热和切削温度及提高加工精度等。另外，该装置能在铣削过程中记录并分析铣削不同硬度拼接材料时的切削力状况，以便合理设置工艺参数，改善工件表面质量。

[0024] 本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。