[发明专利]一种车削大螺距梯形外螺纹的振动测试方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种螺纹车削加工中振动对螺纹加工质量影响的测试方法，具体涉及一种车削大螺距梯形外螺纹的振动测试方法。

背景技术：

螺距16mm梯形螺杆是大型压力机的重要调整组件，其车削加工精度和加工表面质量对压力机整机的动静态精度具有重要影响。此类工件属于非标准件，工件直径和轴向尺寸大，螺纹槽宽且深，其车削加工工序采用全切深、左右交替式轴向进给切削方式，利用刀具左右切削刃分别形成梯形螺杆左右螺纹面。车削大螺距梯形螺杆时，一方面要求以极大的金属去除率来减少占机时间，另一方面要求低切削振动和高加工表面质量。在采用低速、大切深、高进给工艺方案切削螺杆过程中，机床、刀具和工件的振动，引起刀具与工件的切削接触关系不断变化，使螺纹加工表面形成过程处于不稳定状态，直接影响螺纹加工表面质量、加工精度和加工效率。

螺纹车削加工中的振动可分为自由振动、强迫振动、自激振动和低幅值随机振动，这些振动与加工系统本身关系密切，对螺纹加工表面质量、加工效率和刀具使用寿命影响较大。目前，在螺纹车削振动研究方面，对机床自身振动引起的切削颤振做了较深入研究，但对切削过程中离心力和动态切削力引起的振动研究较少，已有的螺纹车削振动测试方法以检测机床振动为主要目标，通过对被测工艺系统施加外在激励以达到振动测试目的，振动测试中施加的外部激励单一，没有综合考虑机床、工件、刀具所产生的多种振动激励对加工表面形成过程的影响，获得的振动测试结果和动力学模型无法解决多种振动激励作用下的大螺距螺杆车削振动问题，没有综合考虑振动多特征量之间共同作用对大螺距螺杆加工表面形成过程的影响，主要原因是认为切削中的强迫振动可以通过修改系统结构，调整切削参数和采用减振装置避免。然而，螺杆结构的变化和刀具结构的多样化，特别是加工过程中左右螺纹面切削工艺方案的调整，使已有的动力学模型和振动检测方法难以达到实用化程度。采用现有的振动检测方法和动力学建模方法，无法正确揭示出大螺距螺杆加工表面形成中的振动类型和影响程度，车削大螺距螺杆减振困难，难以获得优良的工艺方案。

发明内容：

本发明为克服现有技术的不足，提供了一种车削大螺距梯形外螺纹的振动测试方法，其以机床主轴转速10rpm和25rpm分别进行机床主轴空转振动和主轴带动工件空转的离心力振动实验，采用粗加工车刀以转速25rpm、径向切深4mm、轴向加工余量0.25mm和0.50mm的工艺方案进行切削螺杆振动试验，提取出六种振动特征参数，建立机床、工件离心力和切削力三种振动激励显著性影响判断；采用精加工车刀以转速10rpm、径向切深8mm、轴向加工余量0.05mm的工艺方案，进行车削螺距16mm梯形外螺纹振动实验，获取车削过程中五种加工状态下的振动数据，测试出机床振动、离心力振动与切削力振动对大螺距螺杆车削过程的影响，为高效、精确车削大螺距螺杆的工艺设计提供了依据。

本发明的车削大螺距梯形外螺纹的振动测试方法，为实现上述目的所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤一、设计并构建出一个用于测试螺距16mm梯形外螺纹车削振动的实验装置，该装置由机床、螺距16mm梯形螺杆、粗加工螺纹车刀、精加工螺纹车刀、二个高频传感器、二个低频传感器和振动信号测试分析系统组成；

步骤二、安装螺杆和加速度传感器，螺杆采用机床主轴端部的三爪卡盘和机床尾座上的顶尖定位、夹紧，在机床上部最接近主轴端部的固定位置处和刀具底部各安放一个高频传感器，在机床最接近主轴端部的固定位置侧面和刀具侧面各安放一个低频传感器；

步骤三、刀具分别采用粗加工螺纹车刀和精加工螺纹车刀，在机床主轴空转、机床主轴带动工件空转和刀具切削三种工况条件下，分别通过两个高频传感器和两个低频传感器检测机床主轴和刀具的振动响应，具体是：首先，变换不同转速，测试机床主轴空转时主轴和刀具上的振动响应，判别机床的动力稳定性；其次，变换不同转速，测试机床主轴带动工件空转时主轴和刀具上的振动响应，识别工件的离心力的振动响应；最后，采用预定转速和进给速度，测试切削过程中主轴和刀具上的振动响应，识别刀具的切削力振动响应；

步骤四：从步骤三中检测的振动响应中的振动时域和频域信号中提取峭度K、刀具切削前的振动加速度a_T、切削过程中的振动加速度a_t、频谱值E_p、主频f_p和主频数量m_p，再根据式(1)利用a_T和a_t求解出均方根值a₀和a_rms：