一种淬硬钢模具铣削稳定性的检测方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种高速铣削淬硬钢模具的工艺设计方法，具体涉及一种解决机床与 高速铣刀动力学性能不匹配和淬硬钢高效铣削稳定性下降问题的淬硬钢模具铣削稳定性 的检测方法。
【背景技术】：
[0002] 高速铣削加工淬硬钢模具时，一方面要求以高切削效率来缩短模具的加工周期， 提高模具生产效率，另一方面要求能保证淬硬钢模具的加工精度和加工表面质量，其关键 在于能否有效控制此类模具型面的高速铣削稳定性。由于淬硬钢模具型面复杂，其表面硬 度达到HRC50以上，模具型面高硬度和几何特征多变所引起的高速铣削抗力变化频繁，加 剧了机床、铣刀与工件的振动，高速铣削不稳定性问题突出，直接影响高速铣削淬硬钢模具 的加工表面质量和加工效率。
[0003] 已有的控制淬硬钢模具的高速铣削稳定性的工艺方法是针对单因素进行分析的， 仅给出机床或刀具单方面的切削稳定性控制方案，具体是采用半离散法和零阶近似法预测 了两个自由度高速铣削系统的切削稳定性极限，并提出了稳定性极限的预测法则，给出了 机床或刀具单方面的切削稳定性控制方案，无法解决多因素影响下的高速铣削稳定性问 题，且针对的是加工低硬度轻合金和硬度小于HRC40的合金钢。而实际淬硬钢高速铣削过 程中，刀具、机床及工件作为一个整体对淬硬钢高速铣削稳定性产生影响。已有的工艺数据 和设计方法无法满足淬硬钢模具高效、高品质加工的需求，如何获得高效稳定铣削淬硬钢 的工艺方案，成为淬硬钢模具生产企业亟待解决的关键问题。
【发明内容】
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[0004] 本发明针对工件、机床、刀具及切削参数对高速铣削淬硬钢模具稳定性的影响，提 供了一种淬硬钢模具铣削稳定性的检测方法，通过此方法检测出的机床、铣刀及切削参数 对淬硬钢模具进行切削，解决了因机床与高速铣刀动力学性能不匹配而引起的淬硬钢高效 铣削稳定性下降的问题，提高了淬硬钢模具的切削效率和加工质量。
[0005] 本发明的淬硬钢模具铣削稳定性的检测方法，为实现上述目的所采用的技术方案 在于包括以下步骤：
[0006] 第一步、机床与高速铣刀安全稳定性测试：
[0007] 将两把相同的高速球头铣刀分别安装在两台不同的机床上进行空转，并在此两台 机床上同时安装电涡流位移传感器和ICP加速度传感器，在机床允许的最高转速范围内， 从转速1000 rpm开始，每次测试增加转速500rpm来逐次提高铣刀转速，直至机床主轴振 动出现突变，与此同时，通过电涡流位移传感器及ICP加速度传感器来提取机床主轴在不 同转速下的频谱信号及振动加速度信号，依据铣刀空转时的转速对机床主轴振动主频和振 动加速度幅值影响，以引起铣刀振动加速度幅值突变的转速作为铣刀安全稳定性的临界转 速，确定铣刀空转时机床与高速铣刀安全稳定切削的最高转速，同时选出每次测试能够维 持稳定空转3分钟无安全性问题的铣刀来作为满足安全稳定切削的铣刀；
[0008] 第二步、淬硬钢凸凹曲面高速铣削稳定性测试：
[0009] 采用第一步中经过安全稳定性测试的两把高速球头铣刀，以平行于试件宽度方向 的切削路径，按淬硬钢切削效率和精加工工序要求来确定铣刀转速、进给速度、铣削深度及 铣削宽度，分别在第一步中所用的两台机床上对淬硬钢凸凹曲面试件进行切削实验来获取 淬硬钢凸凹曲面试件的加工表面形貌，同时通过电涡流位移传感器和ICP加速度传感器来 获取机床主轴振动频谱和振动加速度信号；
[0010] 第三步、高效稳定铣削淬硬钢曲面的工艺设计方法：
[0011] 首先利用第一步和第二步的测试结果，对比机床在铣刀空转时与切削淬硬钢凸凹 曲面试件时，按沿进给速度、铣削宽度和铣削深度方向振动频率和振动振幅变化范围的大 小，以及淬硬钢凸凹曲面试件加工表面形貌的检测结果，对机床与铣刀动态性能匹配性进 行识别和评价，选择出满足高效稳定切削淬硬钢要求的机床，然后以满足淬硬钢凸凹曲面 试件的加工效率和加工表面形貌要求为设计目标，确定高速切削淬硬钢的铣刀转速、进给 速度、铣削深度及铣削宽度的取值范围；
[0012] 第四步、确定高速铣削淬硬钢凸凹模的工艺方案：
[0013] 利用第一步中经过安全稳定测试的铣刀、第三步选出的机床及经第三步所确定的 铣刀转速、进给速度、铣削深度、铣削宽度的取值范围对汽车内覆盖件淬硬钢凸凹模进行切 削。
[0014] 进一步地，第二步中淬硬钢凸曲面试件沿宽度方向凸曲率半径为200_，沿长度方 向由凸曲率半径为1170mm、66mm和1140mm的三段凸曲面依次连接；淬硬钢凹曲面试件沿宽 度方向凹曲率半径为200mm，沿长度方向由凹曲率半径为1140mm、66mm和1112mm的三段凹 曲面依次连接，淬硬钢凸凹曲试件硬度HRC55~60。
[0015] 该尺寸的试件与待加工淬硬钢模具的尺寸相近，以便通过该试件来充分模拟待加 工淬硬钢模具的情况。
[0016] 进一步地，第一步中所用的两台机床为三轴数控机床XH715和五轴数控机床 UCP710，此两种机床为加工淬硬钢模具的常用机床。
[0017] 进一步地，第一步中所用的铣刀为直径20mm两齿可转位高速球头铣刀，此刀具为 加工淬硬钢模具的常用铣刀。
[0018] 本发明的有益效果为：本发明综合考虑工件、机床、刀具、切削参数及加工表面形 貌等因素，给出了高硬度淬硬钢模具曲面曲率、机床与刀具安全稳定性等多工艺变量对淬 硬钢高速铣削稳定性影响的试验测试方法，通过此检测方法获得高速稳定切削淬硬钢模具 的工艺方案，有效解决了淬硬钢模具高速铣削加工中切削效率、切削振动和加工表面形貌 之间的冲突问题，为实现淬硬钢模具高效、高精度和高表面质量加工提供了保障。
【附图说明】：
[0019] 图1为本发明检测方法的工艺步骤图，图中，M为铣削振动振幅，M_为允许的铣削 振动振幅最大值，Ra为铣削加工表面粗糙度，Ra niax为允许的铣削加工表面糙度最大值；
[0020] 图2为三轴数控机床XH715与铣刀沿进给方向的振动特性图；
[0021 ] 图3为三轴数控机床XH715与铣刀沿铣削宽度方向的振动特性图；
[0022] 图4为三轴数控机床XH715与铣刀沿铣削深度方向的振动特性图；
[0023] 图5为五轴数控机床UCP710与铣刀沿进给方向的振动特性图；
[0024] 图6为五轴数控机床UCP710与铣刀沿铣削宽度方向的振动特性图；
[0025] 图7为五轴数控机床UCP710与铣刀沿铣削深度方向的振动特性图；
[0026] 图8为三轴数控机床XH715与铣刀切削淬硬钢凸曲面试件的加工表面形貌图；
[0027] 图9为五轴数控机床UCP710与铣刀切削淬硬钢凸曲面试件的加工表面形貌图；
[0028] 图10为三轴数控机床XH715与铣刀切削淬硬钢凹曲面试件的加工表面形貌图；
[0029] 图11为五轴数控机床UCP710与铣刀切削淬硬钢凹曲面试件的加工表面形貌图；
[0030] 图12为高效稳定切削淬硬钢工艺设计过程图，图中=A1为高速铣削淬硬钢可行的 工艺条件，A 1S满足机床与铣刀安全稳定性的工艺条件，A2S满足淬硬钢切削效率目标的 工艺条件，^为高效稳定切削淬硬钢的工艺条件，A 4S淬硬钢加工表面形貌要求的工艺条 件；
[0031] 图13为三轴数控机床XH715与铣刀在转速1000 rpm下沿进给方向的加速度信号 波形图；
[0032] 图14为三轴数控机床XH715与铣刀在转速1000 rpm下沿铣削宽度方向的加速度 信号波形图；
[0033] 图15为三轴数控机床XH715与铣刀在转速1000 r