專利名稱：微細銑削刀具刀尖振動特性的一種測量方法
技術領域：
本發明涉及微細銑削刀具刀尖振動特性的一種測量方法，屬于微細加工領域。
背景技術：
微細銑削加工技術是在超高轉速下采用微銑刀實現高精密加工的一種切削方式，對微三維零件的加工具有獨特優勢。微細銑削過程中常常發生切削顫振的動態不穩定現象，切削系統引發的加工顫振會明顯降低切削效率與零件的加工質量，降低刀具、機床的使用壽命。為了預測和控制微細銑削的加工顫振，需要精確測量微細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測試的方式，通過力錘激發刀具振動的方式來進行。但是微細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頻率低于IOkHz場合中，而微細銑刀的固有頻率可高達100kHz，如何精確獲得微細銑刀刀尖的振動特性已經成為阻礙該技術發揮其優勢的主要瓶頸之一。Filiz和Ozdoganlar等研究人員采用Timoshenko梁方程來建模微細統刀的動態特性，考慮了統刀切削刃部位截面的不同結構(Microendmill Dynamics Including theActual Fluted Geometry and Setup Errors) ;Schmitz 等人米用響應稱合的方式來建模，機床-主軸部分采用沖擊力錘進行測量，采用有限分仿真的方法獲得刀具的振動特性，然后采用數學方法對二者進行稱合(Machining Dynamics: Frequency Response toImproved Productivity)。從上面的分析可以看出，目前已見諸文獻的微細統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，具體表現在邊界條件不易確定、研究范圍不夠寬、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銑刀刀尖動態特性的測量方法。
發明內容
為解決微細銑削加工中刀尖振動難以測量的難題，本發明目的在于一種提供微細銑削刀具刀尖振動特性的精確測量方法。為了解決上述技術問題，實現上述目的，本發明的技術方案是:
微細銑削刀具刀尖振動特性的一種測量方法，其特征在于:微細銑刀夾持在主軸的刀具夾頭里，壓電驅動器一端粘在微細銑刀的刀柄上，另一端與粘在機床運動平臺上的高頻力傳感器相連接，機床帶動微細銑刀向壓電驅動器作微量進給，在壓電驅動器和銑刀刀柄之間施加一定的預壓力，壓電驅動器在外接信號發生器信號激勵的作用下產生激振，采用激光多普勒測振裝置測量銑刀刀尖的振動特性，本發明所述的測量方法可以避免微細銑刀刀尖的破損，能夠精確地在線測量銑刀刀尖高頻的振動特性。更進一步，所述測量方法采用壓電驅動器作為激振源，代替傳統的力錘；
更進一步，所述簡諧激勵僅僅施加在微細銑刀的刀柄上，壓電驅動器一端粘在微細銑刀的刀柄上，另一端與粘在機床運動平臺上的聞頻力傳感器相連接；
更進一步，所述壓電驅動器和刀柄之間需要一定的預壓力，壓電驅動器在外接信號發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。本發明的主要優點是:
1、通過非破壞性的方式測量微細銑刀刀尖的振動特性；
2、壓電驅動器的簡諧激勵僅僅施加在微細銑刀的刀柄上，避免了刀尖的破損，能夠測量的微細銑刀直徑更小；
3、通過外接信號發生器的壓電驅動器激發振動，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，應用前景廣闊；
圖1為本發明的微細銑削刀具刀尖振動特性的測量方法示意圖。圖中標號名稱:1、主軸刀夾；2、微細統刀；3、激光多普勒測振儀；4、力傳感器；5、工作臺；6、信號發生器
具體實施例方式如圖1所示，本發明是微細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)的微細銑刀裝夾在高速主軸的刀具夾頭里。2.壓電驅動器(截面3mmX 3mm,長度8mm)—端粘在微細統刀的刀柄上,另一端與粘在機床運動平臺上的高頻力傳感器(自然頻率200kHz)相連接。3.機床帶動微細銑刀向壓電驅動器作微量進給，在壓電驅動器和刀柄之間施加20N的預壓力。4.采用頻率范圍為lkHz-150kHz的外接信號發生器對壓電驅動器進行正弦激勵。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曲線表明微細銑刀在4.8kHz _127.9kHz的頻率范圍內出現了 4階模態，對應的頻率分別是4.8 kHz,29.3 kHz,94.6 kHz和127.9kHz。前2階模態對應的模態形式是刀柄彎曲，幅值最大的模態出現在94.6 kHz，模態形式是刀尖的彎曲。
權利要求
1.微細銑削刀具刀尖振動特性的一種測量方法，其特征在于:微細銑刀夾持在主軸的刀具夾頭里，外接信號發生器的壓電驅動器兩端分別與微細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.根據權利要求1所述的微細銑削刀具刀尖振動特性的一種測量方法，其特征在于:采用壓電驅動器作為激振源，代替傳統的沖擊力錘。
3.根據權利要求1所述的微細銑削刀具刀尖振動特性的一種測量方法，其特征在于:壓電驅動器一端粘在微細銑刀的刀柄上，另一端與粘在機床運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銑刀的刀柄上。
4.根據權利要求1所述的微細銑削刀具刀尖振動特性的一種測量方法，其特征在于:機床帶動微細銑刀向壓電驅動器作微量進給，在壓電驅動器和銑刀刀柄之間施加一定的預壓力。
5.根據權利要求1所述的微細銑削刀具刀尖振動特性的一種測量方法，其特征在于:壓電驅動器在外接信號發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
本發明公開了微細銑削刀具刀尖振動特性的一種測量方法，屬于微細加工領域。其特征在于微細銑刀夾持在主軸的刀具夾頭里，壓電驅動器一端粘在微細銑刀的刀柄上，另一端與粘在機床運動平臺上的高頻力傳感器相連接，機床帶動微細銑刀向壓電驅動器作微量進給，在壓電驅動器和銑刀刀柄之間施加一定的預壓力，壓電驅動器在外接信號發生器信號激勵的作用下產生激振，采用激光多普勒測振裝置測量銑刀刀尖的振動特性。本發明的測量方法由于簡諧激勵僅僅施加在微細銑刀的刀柄上，避免了刀尖的破損，能夠測量的微細銑刀直徑更小，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 優先權日2013年3月17日
發明者曹自洋, 李華, 殷振, 薛曉紅, 郭麗華, 謝鷗, 楊建鋒 申請人:蘇州科技學院