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一種切削試驗(yàn)用的試樣結(jié)構(gòu)及切削試驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種切削試驗(yàn)用的試樣結(jié)構(gòu)，其具有由多個長方體形成的塔狀結(jié)構(gòu)，所有長方體的中心在一條垂線上，沿著塔狀結(jié)構(gòu)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(fā)明的切削試驗(yàn)方法包括步驟：(1)根據(jù)切削參數(shù)組的總數(shù)確定用于切削實(shí)驗(yàn)操作的長方體的數(shù)目，將試樣結(jié)構(gòu)加工成具有由多個長方體形成的塔狀結(jié)構(gòu)；(2)對用于切削實(shí)驗(yàn)操作的每個長方體的四個側(cè)面進(jìn)行編號，按照從頂部到底部的順序?qū)⒂糜谇邢鲗?shí)驗(yàn)操作的每個長方體的四個側(cè)面按照順時(shí)針或逆時(shí)針的順序進(jìn)行編號；(3)按照編號順序?qū)γ總€側(cè)面采用一個切削參數(shù)組進(jìn)行切削試驗(yàn)，并采用三分量測力儀測量切削力。
【專利說明】一種切削試驗(yàn)用的試樣結(jié)構(gòu)及切削試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械加工【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，涉及一種切削試驗(yàn)用的試樣結(jié)構(gòu)及切削試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在行切削技術(shù)研究中，通常需要考慮切深、切寬、進(jìn)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(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用情況劃分為若干水平，形成不同的切削參數(shù)組進(jìn)行多因素多水平的正交切削試驗(yàn)。測量和分析不同切削參數(shù)組所產(chǎn)生的切削力、表面粗糙度、表面殘余應(yīng)力和表面裂紋等，并從中優(yōu)選切削效率高和質(zhì)量高的切削參數(shù)組，是獲取最佳切削工藝的常用方法。
[0003]傳統(tǒng)的切削試驗(yàn)中所采用的試樣結(jié)構(gòu)一般為板狀或塊狀，在一次試驗(yàn)中只能利用一組切削參數(shù)對試樣的一個面或兩個面進(jìn)行切削，每次切削試驗(yàn)完成后須從機(jī)床上取下來，再測量和分析表面粗糙度、表面殘余應(yīng)力和表面裂紋等，測量完成后再按另外的參數(shù)組進(jìn)行試驗(yàn)。對于多因素多水平的正交切削試驗(yàn)而言，若采用傳統(tǒng)的試樣則需要的試樣數(shù)量多、試驗(yàn)周期長，不僅浪費(fèi)了寶貴的材料，還降低了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的產(chǎn)出效率，已經(jīng)成為金屬切削技術(shù)研究的一個重要難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對傳統(tǒng)的切削試驗(yàn)的試樣結(jié)構(gòu)材料浪費(fèi)多、試驗(yàn)效率低、檢測過程復(fù)雜等問題，提出了一種切削試驗(yàn)用的試樣結(jié)構(gòu)及試驗(yàn)方法。該試樣結(jié)構(gòu)簡單，可以在一次裝夾后進(jìn)行多次切削試驗(yàn)，便于試驗(yàn)后的檢測，可以使切削試驗(yàn)和檢測過程相分離。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供一種切削試驗(yàn)用的試樣結(jié)構(gòu)，所述試樣結(jié)構(gòu)具有由多個長方體形成的塔狀結(jié)構(gòu)，所有長方體的中心在一條垂線上，沿著塔狀結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yàn)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(yàn)操作的長方體的數(shù)目由切削參數(shù)組的總數(shù)確定。
[0008]其中，用于切削試驗(yàn)操作的長方體具有相同的高度。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供一種使用前述試樣結(jié)構(gòu)進(jìn)行的切削試驗(yàn)方法，所述切削試驗(yàn)方法包括步驟:
[0010](I)根據(jù)切削參數(shù)組的總數(shù)確定用于切削實(shí)驗(yàn)操作的長方體的數(shù)目，將試樣結(jié)構(gòu)加工成具有由多個長方體形成的塔狀結(jié)構(gòu)；
[0011](2)對用于切削實(shí)驗(yàn)操作的每個長方體的四個側(cè)面進(jìn)行編號，其中，根據(jù)正交試驗(yàn)參數(shù)組表，按照從塔狀結(jié)構(gòu)的頂部到底部的順序?qū)⒂糜谇邢鲗?shí)驗(yàn)操作的每個長方體的四個側(cè)面按照順時(shí)針或逆時(shí)針的順序進(jìn)行編號；以及
[0012](3)按照編號順序?qū)γ總€側(cè)面采用一個切削參數(shù)組進(jìn)行切削試驗(yàn)，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(shí)，將三分量測力儀力信號進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，使得各個側(cè)面的切削試驗(yàn)力信號方向一致。
[0014]本發(fā)明的試樣結(jié)構(gòu)簡單，可以在一次裝夾后進(jìn)行多次切削試驗(yàn)，且裝夾方便，便于試驗(yàn)后必要參數(shù)的檢測，可以使切削試驗(yàn)和檢測過程相分離，能夠大大地減少試樣所需材料。
[0015]本發(fā)明的試驗(yàn)方法通過對各試驗(yàn)面進(jìn)行編號以及對力信號的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，很大程度地提高了試驗(yàn)過程的效率，并且降低了后續(xù)數(shù)據(jù)處理的難度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]本發(fā)明的其它特征以及優(yōu)點(diǎn)將通過以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述的優(yōu)選實(shí)施方式更好地理解，附圖中，相同的附圖標(biāo)記標(biāo)識相同或相似的部件，其中:
[0017]圖1為本發(fā)明中切削試驗(yàn)用的試樣結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0018]圖2a、2b、2c為本發(fā)明中各個面的編號方法示意圖；以及
[0019]圖3為本發(fā)明中的試驗(yàn)方法的走刀路徑示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]在以下優(yōu)選的實(shí)施例的具體描述中，將參考構(gòu)成本發(fā)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?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的特定的實(shí)施例。示例的實(shí)施例并不旨在窮盡根據(jù)本發(fā)明的所有實(shí)施例?？梢岳斫?，在不偏離本發(fā)明的范圍的前提下，可以利用其他實(shí)施例，也可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)性或者邏輯性的修改。
[0021]在以下的具體描述中，方向性的術(shù)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(fā)明的實(shí)施例的部件可被置于多種不同的方向，方向性的術(shù)語是用于示例的目的而非限制性的。
[0022]圖1為本發(fā)明中切削試驗(yàn)用的試樣結(jié)構(gòu)的示意圖。本發(fā)明的切削試驗(yàn)用的試樣結(jié)構(gòu)具有由多個長方體形成的塔狀結(jié)構(gòu)，所有長方體的中心在一條垂線上，沿著塔狀結(jié)構(gòu)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(jù)檢測所需試樣尺寸大小與試驗(yàn)時(shí)所采用的切削參數(shù)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(jié)構(gòu)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(yàn)操作。長方體I代表裝夾部位，位于試樣的最下端，不能進(jìn)行切削試驗(yàn)。
[0024]優(yōu)選地，每個長方體具有正方形頂表面，沿著塔狀結(jié)構(gòu)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(yōu)選地，用于切削試驗(yàn)操作的長方體的數(shù)目為3，這取決于切削參數(shù)組的總數(shù)。用于切削試驗(yàn)操作的長方體的數(shù)量根據(jù)切削參數(shù)組的總數(shù)所確定，每層四組參數(shù)。例如，12組參數(shù)組，用于切削試驗(yàn)操作的長方體數(shù)量為3。
[0026]優(yōu)選地，用于切削試驗(yàn)操作的長方體具有相同的高度。該高度根據(jù)切削參數(shù)組中的切削深度確定，同一層切削深度相同。
[0027]若試驗(yàn)方案為研究切削過程中不同切削速度、每齒進(jìn)給量下的切削力、表面粗糙度、表面應(yīng)力和表面裂紋的變化規(guī)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(jìn)給量4個水平，則總共12組參數(shù)組，這樣該試樣結(jié)構(gòu)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(yàn)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(yàn))；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(fā)明還提供一種切削試驗(yàn)方法，其中，最初的長方體的試樣結(jié)構(gòu)將被加工成具有由多個長方體形成的塔狀結(jié)構(gòu)，所述塔狀結(jié)構(gòu)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(yàn)操作，
[0029]所述切削試驗(yàn)方法包括步驟:
[0030](I)根據(jù)切削參數(shù)組的總數(shù)確定用于切削實(shí)驗(yàn)操作的長方體的數(shù)目，將試樣結(jié)構(gòu)加工成具有由多個長方體形成的塔狀結(jié)構(gòu)，如圖1中所示。
[0031]用于切削試驗(yàn)操作的長方體的數(shù)量根據(jù)切削參數(shù)組的總數(shù)所確定，每層四組參數(shù)。例如，12組參數(shù)組，用于切削試驗(yàn)操作的長方體數(shù)量為3。
[0032](2)對用于切削實(shí)驗(yàn)操作的每個長方體的四個側(cè)面進(jìn)行編號，其中，根據(jù)正交試驗(yàn)參數(shù)組表，按照從頂部到底部的順序?qū)⒂糜谇邢鲗?shí)驗(yàn)操作的每個長方體的四個側(cè)面按照順時(shí)針或逆時(shí)針的順序進(jìn)行編號。
[0033]參見圖2a、2b和2c，示出了本發(fā)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(biāo)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?yàn)轫槙r(shí)針。當(dāng)然，逆時(shí)針也可以。
[0034](3)按照編號順序?qū)γ總€側(cè)面采用一個參數(shù)組進(jìn)行切削試驗(yàn)，并采用三分量測力儀測量切削力。
[0035]由于在對試樣進(jìn)行順時(shí)針或逆時(shí)針切削時(shí)，刀具走刀方向經(jīng)常發(fā)生變化，導(dǎo)致測力儀檢測到的X、Y方向上力信號和試驗(yàn)所需分析的力信號方向不一致。因此，本方法將力信號進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，上述坐標(biāo)變換其特征是將測力儀測得的力信號本身的坐標(biāo)系繞Z軸進(jìn)行90度、180度和270度旋轉(zhuǎn)，使得各個面的切削試驗(yàn)力信號方向一致。
[0036]圖3為本發(fā)明中試驗(yàn)方法走刀路徑示意圖，311和312為機(jī)床坐標(biāo)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(yàn)過程中切削編號為2xl-2x4的4個面時(shí)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(jī)床上，同時(shí)使得測力儀的X軸和機(jī)床的X軸方向一致。
[0038]按如圖2所示的編號方法給試樣進(jìn)行編號，按順時(shí)針編號依次增大，便于后面對必要參數(shù)的檢測。
[0039]試驗(yàn)試樣分為3層，在同一層應(yīng)用同一切削深度ap，其他切削參數(shù)可以不同如切削速度V、每齒進(jìn)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(jìn)行切削試驗(yàn)。
[0040]如果最初的試樣結(jié)構(gòu)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(shù)進(jìn)行3次切削試驗(yàn)，同時(shí)可進(jìn)行3次切削力測量；下面層數(shù)每個面可以進(jìn)行的切削試驗(yàn)的次數(shù)依次減少，第二層為2次，第三層為I次。
[0041]切削試驗(yàn)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(yīng)力等進(jìn)行后續(xù)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(jìn)行轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)；編號為2x2的切削力方向332繞Z軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)90度或順時(shí)針轉(zhuǎn)270度；編號為2x3的切削力方向333繞Z軸逆時(shí)針/順時(shí)針轉(zhuǎn)180度；編號為2x4的切削力方向334繞z軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)270度或順時(shí)針轉(zhuǎn)90度。
[0043]本發(fā)明的試驗(yàn)方法通過對各試驗(yàn)面進(jìn)行編號以及對力信號的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，很大程度地提高了試驗(yàn)過程的效率，并且降低了后續(xù)數(shù)據(jù)處理的難度。
[0044]以上已揭示本發(fā)明的具體實(shí)施例的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點(diǎn)，然而可以理解，在本發(fā)明的創(chuàng)作思想下，本領(lǐng)域的技術(shù)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(jìn)，但都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。上述實(shí)施例的描述是示例性的而不是限制性的，本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求所確定。
【權(quán)利要求】
1.一種切削試驗(yàn)用的試樣結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述試樣結(jié)構(gòu)具有由多個長方體形成的塔狀結(jié)構(gòu)，所有長方體的中心在一條垂線上，沿著塔狀結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yàn)操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的試樣結(jié)構(gòu)，其特征在于，每個長方體的頂表面為正方形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的試樣結(jié)構(gòu)，其特征在于，用于切削試驗(yàn)操作的長方體的數(shù)目由切削參數(shù)組的總數(shù)確定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的試樣結(jié)構(gòu)，其特征在于，用于切削試驗(yàn)操作的長方體具有相同的高度。
5.一種使用權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的試樣結(jié)構(gòu)進(jìn)行的切削試驗(yàn)方法，其特征在于，所述切削試驗(yàn)方法包括步驟: (1)根據(jù)切削參數(shù)組的總數(shù)確定用于切削實(shí)驗(yàn)操作的長方體的數(shù)目，將試樣結(jié)構(gòu)加工成具有由多個長方體形成的塔狀結(jié)構(gòu)； (2)對用于切削實(shí)驗(yàn)操作的每個長方體的四個側(cè)面進(jìn)行編號，其中，按照從塔狀結(jié)構(gòu)的頂部到底部的順序?qū)⒂糜谇邢鲗?shí)驗(yàn)操作的每個長方體的四個側(cè)面按照順時(shí)針或逆時(shí)針的順序進(jìn)行編號；以及 (3)按照編號順序?qū)γ總€側(cè)面采用一個切削參數(shù)組進(jìn)行切削試驗(yàn)，并采用三分量測力儀測量切削力。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的切削試驗(yàn)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(shí)，將三分量測力儀力信號進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，使得各個側(cè)面的切削試驗(yàn)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(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】戎斌, 王冬生, 何寧, 張烘州, 李亮 申請人:上海飛機(jī)制造有限公司