一种车削大螺距梯形外螺纹的振动测试方法

摘要

一种车削大螺距梯形外螺纹的振动测试方法，其技术要点是：一、构建试验装置；二、安装螺杆和加速度传感器、三、采用车刀在机床空转、工件空转和刀具切削状态下检测机床主轴和刀具的振动响应；四、从检测的振动时域和频域信号中提取峭度K、刀具切削前振动加速度a_T、切削过程中振动加速度a_t、频谱值E_p、主频f_p和主频数量m_p求解出均方根值a₀和a_rms，提取振动特征参数FR_SZ，根据FR_SZ检测机床振动、离心力振动与切削力振动对大螺距螺杆车削过程的影响。本发明揭示出机床、工件、刀具和切削工艺与振动之间的关系，为高效、精确车削大螺距螺杆的工艺设计提供了依据，适用于解决机床、刀具和工件振动导致的螺纹车削加工质量和加工效率下降问题。

主权项

一种车削大螺距梯形外螺纹的振动测试方法，其特征在于包括以下步骤：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进行车削，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)、式(2)利用a_T和a_t求解出均方根值a₀和a_rms：$a_0=\sqrt{\frac{1}{j}·\underset{T=0}{\overset{T^{\prime }}{\Sigma }}{a}_T^2}---\left(1\right)$$a_{rms}=\sqrt{\frac{1}{i}·\underset{t=0}{\overset{t^{\prime }}{\Sigma }}{a}_t^2}---\left(2\right)$式中：T为切削前振动信号的采样时刻，T'为切削前振动信号的采样总时间，t为切削过程中振动信号的采样时刻，t′为切削过程中振动信号的采样总时间，j为T'时间内采样数量，i为t′时间内的采样数量，T在0～T'时间内按时间间隔T'/j的整数倍取值，t在0～t′时间内按时间间隔t′/i的整数倍取值，提取振动特征参数为FR_SZ＝{K,a_rms,a₀,m_p,f_p,E_p}，根据获取的FR_SZ检测机床振动、离心力振动与切削力振动对大螺距螺杆车削过程的影响；步骤五：建立以刀具的切削力为主要激励的振动判据为a₀<<a_rms，建立以机床振动和工件空转的离心力为主要激励的振动判据为a₀≈a_rms。