專利名稱：微細(xì)銑削刀具刀尖振動特性的一種測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微細(xì)銑削刀具刀尖振動特性的一種測量方法，屬于微細(xì)加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微細(xì)銑削加工技術(shù)是在超高轉(zhuǎn)速下采用微銑刀實現(xiàn)高精密加工的一種切削方式，對微三維零件的加工具有獨(dú)特優(yōu)勢。微細(xì)銑削過程中常常發(fā)生切削顫振的動態(tài)不穩(wěn)定現(xiàn)象，切削系統(tǒng)引發(fā)的加工顫振會明顯降低切削效率與零件的加工質(zhì)量，降低刀具、機(jī)床的使用壽命。為了預(yù)測和控制微細(xì)銑削的加工顫振，需要精確測量微細(xì)銑刀刀尖的振動特性。在宏觀尺度的銑削加工過程中，銑刀刀尖振動的測量一般采用沖擊模態(tài)測試的方式，通過力錘激發(fā)刀具振動的方式來進(jìn)行。但是微細(xì)銑削所采用的刀具尺寸很小，一般是直徑在
0.0lmm-0.5mm之間，長度范圍為IOmm-1OOmm之間，長徑比大，刀尖很小且容易破損，常用的使用力錘激振的測量方法不能用于微細(xì)銑刀刀尖振動特性的測量；另外，沖擊力錘一般只能用于激發(fā)頻率低于IOkHz場合中，而微細(xì)銑刀的固有頻率可高達(dá)100kHz，如何精確獲得微細(xì)銑刀刀尖的振動特性已經(jīng)成為阻礙該技術(shù)發(fā)揮其優(yōu)勢的主要瓶頸之一。Filiz和Ozdoganlar等研究人員采用Timoshenko梁方程來建模微細(xì)統(tǒng)刀的動態(tài)特性，考慮了統(tǒng)刀切削刃部位截面的不同結(jié)構(gòu)(Microendmill Dynamics Including theActual Fluted Geometry and Setup Errors) ;Schmitz 等人米用響應(yīng)稱合的方式來建模，機(jī)床-主軸部分采用沖擊力錘進(jìn)行測量，采用有限分仿真的方法獲得刀具的振動特性，然后采用數(shù)學(xué)方法對二者進(jìn)行稱合(Machining Dynamics: Frequency Response toImproved Productivity)。從上面的分析可以看出，目前已見諸文獻(xiàn)的微細(xì)統(tǒng)刀刀尖振動特性的研究在建立模型時，和實際的加工過程差距較大，具體表現(xiàn)在邊界條件不易確定、研究范圍不夠?qū)?、實用性差、考慮銑削加工狀況不全面、軟件仿真時的模型過于簡單。所以有必要研究一種新型實用的微細(xì)銑刀刀尖動態(tài)特性的測量方法。

發(fā)明內(nèi)容
為解決微細(xì)銑削加工中刀尖振動難以測量的難題，本發(fā)明目的在于一種提供微細(xì)銑削刀具刀尖振動特性的精確測量方法。為了解決上述技術(shù)問題，實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
微細(xì)銑削刀具刀尖振動特性的一種測量方法，其特征在于:微細(xì)銑刀夾持在主軸的刀具夾頭里，壓電驅(qū)動器一端粘在微細(xì)銑刀的刀柄上，另一端與粘在機(jī)床運(yùn)動平臺上的高頻力傳感器相連接，機(jī)床帶動微細(xì)銑刀向壓電驅(qū)動器作微量進(jìn)給，在壓電驅(qū)動器和銑刀刀柄之間施加一定的預(yù)壓力，壓電驅(qū)動器在外接信號發(fā)生器信號激勵的作用下產(chǎn)生激振，采用激光多普勒測振裝置測量銑刀刀尖的振動特性，本發(fā)明所述的測量方法可以避免微細(xì)銑刀刀尖的破損，能夠精確地在線測量銑刀刀尖高頻的振動特性。更進(jìn)一步，所述測量方法采用壓電驅(qū)動器作為激振源，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的力錘；
更進(jìn)一步，所述簡諧激勵僅僅施加在微細(xì)銑刀的刀柄上，壓電驅(qū)動器一端粘在微細(xì)銑刀的刀柄上，另一端與粘在機(jī)床運(yùn)動平臺上的聞頻力傳感器相連接；
更進(jìn)一步，所述壓電驅(qū)動器和刀柄之間需要一定的預(yù)壓力，壓電驅(qū)動器在外接信號發(fā)生器信號激勵的作用下膨脹和收縮，采用激光多普勒測振裝置測量刀具刀尖的振動特性。本發(fā)明的主要優(yōu)點是:
1、通過非破壞性的方式測量微細(xì)銑刀刀尖的振動特性；
2、壓電驅(qū)動器的簡諧激勵僅僅施加在微細(xì)銑刀的刀柄上，避免了刀尖的破損，能夠測量的微細(xì)銑刀直徑更??；
3、通過外接信號發(fā)生器的壓電驅(qū)動器激發(fā)振動，能夠測量的刀具的固有頻率更高；
4、可以在線測量銑刀刀尖的振動特性；
5、該測量方法簡單易行，實施方便，應(yīng)用前景廣闊；


圖1為本發(fā)明的微細(xì)銑削刀具刀尖振動特性的測量方法示意圖。圖中標(biāo)號名稱:1、主軸刀夾；2、微細(xì)統(tǒng)刀；3、激光多普勒測振儀；4、力傳感器；5、工作臺；6、信號發(fā)生器
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明是微細(xì)銑削刀具刀尖振動特性的一種測量方法。1.把刀頭直徑為0.5mm (長度2mm)、刀柄直徑為3mm (長度15mm)的微細(xì)銑刀裝夾在高速主軸的刀具夾頭里。2.壓電驅(qū)動器(截面3mmX 3mm,長度8mm)—端粘在微細(xì)統(tǒng)刀的刀柄上,另一端與粘在機(jī)床運(yùn)動平臺上的高頻力傳感器(自然頻率200kHz)相連接。3.機(jī)床帶動微細(xì)銑刀向壓電驅(qū)動器作微量進(jìn)給，在壓電驅(qū)動器和刀柄之間施加20N的預(yù)壓力。4.采用頻率范圍為lkHz-150kHz的外接信號發(fā)生器對壓電驅(qū)動器進(jìn)行正弦激勵。5.采用激光多普勒測振裝置測量銑刀刀尖的振動特性。6.測量得到的頻率響應(yīng)曲線表明微細(xì)銑刀在4.8kHz _127.9kHz的頻率范圍內(nèi)出現(xiàn)了 4階模態(tài)，對應(yīng)的頻率分別是4.8 kHz,29.3 kHz,94.6 kHz和127.9kHz。前2階模態(tài)對應(yīng)的模態(tài)形式是刀柄彎曲，幅值最大的模態(tài)出現(xiàn)在94.6 kHz，模態(tài)形式是刀尖的彎曲。
權(quán)利要求
1.微細(xì)銑削刀具刀尖振動特性的一種測量方法，其特征在于:微細(xì)銑刀夾持在主軸的刀具夾頭里，外接信號發(fā)生器的壓電驅(qū)動器兩端分別與微細(xì)銑刀和高頻力傳感器相連接，采用測振裝置測量銑刀刀尖的振動特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微細(xì)銑削刀具刀尖振動特性的一種測量方法，其特征在于:采用壓電驅(qū)動器作為激振源，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的沖擊力錘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微細(xì)銑削刀具刀尖振動特性的一種測量方法，其特征在于:壓電驅(qū)動器一端粘在微細(xì)銑刀的刀柄上，另一端與粘在機(jī)床運(yùn)動平臺上的高頻力傳感器相連接，簡諧激勵僅僅施加在微細(xì)銑刀的刀柄上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微細(xì)銑削刀具刀尖振動特性的一種測量方法，其特征在于:機(jī)床帶動微細(xì)銑刀向壓電驅(qū)動器作微量進(jìn)給，在壓電驅(qū)動器和銑刀刀柄之間施加一定的預(yù)壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微細(xì)銑削刀具刀尖振動特性的一種測量方法，其特征在于:壓電驅(qū)動器在外接信號發(fā)生器信號激勵的作用下膨脹和收縮，采用激光多普勒測振裝置在線測量銑刀刀尖的振動特性。
全文摘要
本發(fā)明公開了微細(xì)銑削刀具刀尖振動特性的一種測量方法，屬于微細(xì)加工領(lǐng)域。其特征在于微細(xì)銑刀夾持在主軸的刀具夾頭里，壓電驅(qū)動器一端粘在微細(xì)銑刀的刀柄上，另一端與粘在機(jī)床運(yùn)動平臺上的高頻力傳感器相連接，機(jī)床帶動微細(xì)銑刀向壓電驅(qū)動器作微量進(jìn)給，在壓電驅(qū)動器和銑刀刀柄之間施加一定的預(yù)壓力，壓電驅(qū)動器在外接信號發(fā)生器信號激勵的作用下產(chǎn)生激振，采用激光多普勒測振裝置測量銑刀刀尖的振動特性。本發(fā)明的測量方法由于簡諧激勵僅僅施加在微細(xì)銑刀的刀柄上，避免了刀尖的破損，能夠測量的微細(xì)銑刀直徑更小，頻率更高，而且可以在線測量刀尖的振動特性，同時該測量方法簡單易行，實施方便。
文檔編號B23Q17/12GK103192293SQ20131008433
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月17日
發(fā)明者曹自洋, 李華, 殷振, 薛曉紅, 郭麗華, 謝鷗, 楊建鋒 申請人:蘇州科技學(xué)院