模擬工況下的數(shù)控刀架可靠性切削試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機(jī)械設(shè)備的試驗(yàn)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種數(shù)控刀架的可靠性試驗(yàn)方 案。
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)控刀架可靠性試驗(yàn)是提高數(shù)控刀架及整機(jī)可靠性的重要環(huán)節(jié)，可以充分暴露數(shù) 控刀架產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)，得到大量的可靠性數(shù)據(jù)信息，對數(shù)控刀架的改進(jìn)設(shè)計(jì)及新產(chǎn)品的 可靠性設(shè)計(jì)等有重要意義。
[0003] 目前，數(shù)控刀架的可靠性試驗(yàn)主要分為整機(jī)用戶現(xiàn)場可靠性試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室臺架可 靠性試驗(yàn)。但是，這兩種試驗(yàn)方法都存在一定的弊端。用戶現(xiàn)場可靠性試驗(yàn)雖然能夠在實(shí) 際工況下完全、充分的暴露故障，但由于用戶現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，因此試驗(yàn)條件不易控制，導(dǎo)致 試驗(yàn)過程中獲取的測試信號容易受現(xiàn)場環(huán)境干擾；另一方面，現(xiàn)場試驗(yàn)內(nèi)容受企業(yè)實(shí)際生 產(chǎn)計(jì)劃限制，因此要獲得相對充分的測試數(shù)據(jù)需要較長的試驗(yàn)周期，甚至需要依托多家用 戶以完成現(xiàn)場試驗(yàn)，這樣必然造成較高的成本。刀架的實(shí)驗(yàn)室臺架試驗(yàn)具周期短和信號易 于采集等優(yōu)點(diǎn)，但目前所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)內(nèi)容僅局限于針對刀架本體的模擬加載剛度試驗(yàn)，以 及連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)等無法復(fù)現(xiàn)實(shí)際使用環(huán)境，所設(shè)計(jì)任務(wù)剖面不包含實(shí)際切削任務(wù)，因此無 法真實(shí)全面地反映刀架可靠性水平。如何順利解決上述兩種可靠性試驗(yàn)方法存在的弊端， 是數(shù)控刀架可靠性試驗(yàn)設(shè)計(jì)中的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有刀架可靠性試驗(yàn)方案存在的問題，提出了 一種能有效模擬切削工況且試驗(yàn)周期較短、信號容易獲取的數(shù)控刀架可靠性切削試驗(yàn)方 法，以真正達(dá)到通過試驗(yàn)有效、全面地反映數(shù)控刀架可靠性性能水平的目的。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造采用如下技術(shù)方案：模擬工況下的數(shù)控刀架可靠性 切削試驗(yàn)方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟1 :獲取目標(biāo)刀架在生產(chǎn)使用過程中參與的加工類型，承受輕載、中載和重載 的時間分配比例，以及加工工件材料的種類和數(shù)量比例；
[0007] 步驟2 :設(shè)備安裝和試驗(yàn)工件材料準(zhǔn)備：將目標(biāo)刀架安裝在機(jī)床上，根據(jù)步驟1中 獲取的結(jié)果準(zhǔn)備試驗(yàn)工件材料；
[0008] 步驟3 :確定刀架的切削載荷譜：根據(jù)步驟1獲取的結(jié)果設(shè)計(jì)試驗(yàn)工件的工藝流 程，使其包含所有加工類型，且目標(biāo)刀架在切削試驗(yàn)工件時承受輕載、中載和重載的時間分 配比例滿足步驟1獲取的結(jié)果；通過切削力測試系統(tǒng)獲取每一工序加工時的實(shí)際切削力， 通過統(tǒng)計(jì)得到刀架的切削載荷譜；所述工藝流程包括具體工序及切削用量，所述切削用量 包括背吃刀量、進(jìn)給量和切削速度；
[0009] 步驟4 :進(jìn)行可靠性切削試驗(yàn)，并在切削試驗(yàn)過程中對目標(biāo)刀架進(jìn)行性能檢測：按 照步驟3設(shè)計(jì)的試驗(yàn)工件的工藝流程，編寫加工程序，制定加工規(guī)范，進(jìn)行切削加工試驗(yàn)； 每完成M個工件的切削，進(jìn)行重復(fù)定位精度測試；每完成N個工件的切削，進(jìn)行轉(zhuǎn)位噪聲測 試、轉(zhuǎn)位箱體振動測試和切削刀盤振動測試；對測試信號進(jìn)行特征提取和分析，其變化趨勢 可以反映刀架的可靠性變化趨勢。
[0010] 所述步驟3中確定刀架切削載荷譜的步驟如下：
[0011] 步驟31 :初定試驗(yàn)工件的工藝流程：根據(jù)步驟1獲取的結(jié)果，初步設(shè)計(jì)試驗(yàn)工件的 工藝流程，使其包含所有加工類型，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算每一工序設(shè)定的切削用量下，目標(biāo)刀 架承受的切削力和切削功率；得到目標(biāo)刀架在切削試驗(yàn)工件的過程中承受輕載、中載和重 載的時間分配比例；
[0012] 步驟32 :校核實(shí)際切削力：按照步驟31中制定的工藝流程加工試驗(yàn)工件，并采用 切削力測試系統(tǒng)獲取每一工序加工時的實(shí)際切削力，計(jì)算得到目標(biāo)刀架在切削試驗(yàn)工件過 程中承受輕載、中載和重載的時間分配比例；
[0013] 步驟33 :確定試驗(yàn)工件的工藝流程：將步驟32得到的目標(biāo)刀架在切削試驗(yàn)工件過 程中承受輕載、中載和重載的時間分配比例與步驟31得到的結(jié)果進(jìn)行比較；若出現(xiàn)偏差， 則適當(dāng)調(diào)整切削參數(shù)后重復(fù)步驟32,使其滿足步驟1中獲取的輕載、中載和重載的時間分 配比例；同時，通過切削力測試系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)得到目標(biāo)刀架在加工試驗(yàn)工件時的切削 載荷譜。
[0014] 所述步驟33中的切削載荷譜為通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，根據(jù)步驟32所獲得實(shí)際切削 力處于不同組段的頻次繪制的直方圖。
[0015] 所述步驟4中的M和N的值根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品設(shè)定。
[0016] 所述步驟4中的M的取值范圍為10~30, N的取值范圍為40~80。
[0017] 所述步驟4的特征提取和分析根據(jù)具體環(huán)境選擇最能反映特征規(guī)律的分析方 法。
[0018] 所述步驟4在試驗(yàn)過程中，刀架出現(xiàn)功能失效，包括刀架不轉(zhuǎn)位、亂刀或者性能參 數(shù)超標(biāo)，則立即停止檢查；試驗(yàn)人員根據(jù)故障判據(jù)、計(jì)數(shù)原則，對故障進(jìn)行記錄、分析、排除。
[0019] 本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)：基于試驗(yàn)工件加工所制定的任務(wù)剖面具有代表性，可以有效模擬實(shí) 際工況用以研宄刀架在切削加工過程中的可靠性，彌補(bǔ)了目前數(shù)控刀架連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)僅考 察轉(zhuǎn)位功能可靠性的不足；同時，本發(fā)明相較于現(xiàn)場試驗(yàn)，具有信號易于準(zhǔn)確采集、試驗(yàn)周 期短、費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明方法的流程示意圖。
[0021] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例中試驗(yàn)工件的工程圖。
[0022] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例中目標(biāo)刀架加工試驗(yàn)工件全過程的功率時間歷程。
[0023] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例中目標(biāo)刀架的切削載荷譜。
[0024] 圖5本發(fā)明實(shí)施例中試驗(yàn)流程圖。
[0025] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例中刀架轉(zhuǎn)位噪聲測試測量位置示意圖。
[0026] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例中測量刀架轉(zhuǎn)位振動時傳感器擺放位置示意圖。
[0027] 圖8是本發(fā)明實(shí)施例中測量切削振動時傳感器擺放位置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合說明書附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以 下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0029] 結(jié)合圖1，本實(shí)施例的數(shù)控刀架可靠性切削試驗(yàn)包括如下步驟：步驟1 :獲取目標(biāo) 刀架在生產(chǎn)使用過程中參與的加工類型，承受輕載、中載和重載的時間分配比例，以及加工 工件材料的種類和數(shù)量比例；步驟2 :設(shè)備安裝和試驗(yàn)工件材料準(zhǔn)備；步驟3 :確定刀架的 切削載荷譜；步驟4 :進(jìn)行可靠性切削試驗(yàn)，并在切削試驗(yàn)過程中對目標(biāo)刀架進(jìn)行性能檢 測。
[0030] 其中，步驟1獲取目標(biāo)刀架在生產(chǎn)使用過程中參與的加工類型，承受輕載、中載 和重載的時間分配比例，以及加工工件材料的種類和數(shù)量比例；具體過程如下：目標(biāo)刀架 為數(shù)控轉(zhuǎn)塔液壓刀架（SAUTER 0. 5. 440. 216)。通過對多家加工企業(yè)數(shù)控車床加工件進(jìn)行 統(tǒng)計(jì)，獲取目標(biāo)刀架在生產(chǎn)使用過程中參與的加工類型，其中，加工類型包括車外圓、車 端面、鏜孔、切槽、車螺紋等類型；得出目標(biāo)刀架在生產(chǎn)使用過程中主要用來加工鋼、鑄鐵 和有色金屬材料，數(shù)量比例大致為鋼：鑄鐵：有色金屬=6:3:1 ;記安裝目標(biāo)刀架的數(shù)控車 床額定功率為，刀架所承受載荷的輕重劃分以切削功率來定義，其中，(KPgisS 〇. 3Ρ_ 定，0· 3P額定〈Ρ中載<0· TT額定，0· TT額定〈Pji載< P額定，P輕載、P中載、P1I載分別為目標(biāo)刀架在受輕 載、中載、重載時的切削功率。在加工過程中，目標(biāo)刀架承受輕載、中載和重載的時間比例大 致為Tggj :T巾載:T重U = 3:5:2 、T重U分別為目標(biāo)刀架受:輕載、中載、重載時的時間。 此調(diào)研結(jié)果用來作為試驗(yàn)材料選擇和切削載荷制定的依據(jù)。
[0031] 步驟2試驗(yàn)工件材料準(zhǔn)備和設(shè)備安裝具體如下：將目標(biāo)刀架安裝至數(shù)控車床 (CKH6156)上，根據(jù)步驟1中獲取的結(jié)果準(zhǔn)備試驗(yàn)工件材料。數(shù)控車床的精度、安全應(yīng) 滿足相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 16462-1996數(shù)控臥式車床精度檢驗(yàn)；GB/T16462-2007數(shù)控 車床與車削中心檢驗(yàn)條件；GB 22997-2008機(jī)床安全小規(guī)格數(shù)控車床與車削中心JB/T 4368. 3-1996數(shù)控臥式車床技術(shù)條件）。
[0032] 為實(shí)現(xiàn)車端面、外圓、鏜內(nèi)孔、切槽、車螺紋多種加工類型，選取外徑80mm，內(nèi)徑 30mm，長度150mm厚壁管作為毛坯件，其中45號鋼150個、鑄鐵75個、有色金屬材料25個 (包含鋁件15個，銅件10個）。
[0033] 步驟3確定刀架的切削載荷譜具體步驟如下：步驟31 :初定試驗(yàn)工件的工藝流程， 具體如下：根據(jù)調(diào)研結(jié)果得出的目標(biāo)刀架加工類型要求，初步設(shè)定試驗(yàn)工件的工藝流程，工 藝流程包括具體工序及切削用量；工件為兩端加工，分為A、B兩區(qū)，A區(qū)包含車端面、車外圓 和鏜孔三種加工方式，B區(qū)包含車端面、車外圓、切槽和車螺紋4種加工方式。
[0034] 根據(jù)切削用量手冊中的切削力和切削功率計(jì)算公式預(yù)設(shè)定切削用量三要素（背 吃刀量、進(jìn)給量和切削速度），使目標(biāo)刀架承受輕載、中載和重載的時間比例在理論上大致 夕兩足T輕載：T中載：T Ji載=3:5:2。
[0035] 主切削力計(jì)算公式
[0036]
[0037] 切削功率計(jì)算公式
[0038] Pc= FcXvX 10-3/60
[0039] 式中，F(xiàn)。為主切削力（N)， I;取決于工件材料和