一種可調(diào)參數(shù)的直角與斜角切削試驗(yàn)裝置及其切削方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種直角切削與斜角切削試驗(yàn)的方法和設(shè)備，用于進(jìn)行金屬與復(fù)合材料等的切削試驗(yàn)研究。
【背景技術(shù)】
[0002]在航空航天、汽車、船舶等領(lǐng)域，切削加工如銑削、車削、鉆削等占據(jù)了所有加工形式的很大比重，切削加工的對(duì)象多以金屬與復(fù)合材料為主，然而零件常常因加工質(zhì)量不合格導(dǎo)致報(bào)廢，其原因除人為操作不當(dāng)?shù)纫蛩赝?，主要集中在刀具質(zhì)量不過(guò)關(guān)、刀具性能欠佳、工藝參數(shù)選擇不合理等。目前國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者針對(duì)以上問(wèn)題做了大量研究，改進(jìn)刀具材料、設(shè)計(jì)新型刀具、優(yōu)化加工工藝參數(shù)，所有的這些工作都是建立在對(duì)切削機(jī)理的深入研究之上。切削試驗(yàn)是研究切削機(jī)理的最直接方法，能夠比較真實(shí)地還原實(shí)際加工時(shí)的狀態(tài)，在所有切削試驗(yàn)研究中，直角切削與斜角切削作為最基本的切削形式歷來(lái)為研究人員所重視，幾乎所有刀具在加工零件時(shí)，切削刃所進(jìn)行的切削均可直接或間接地轉(zhuǎn)化成直角切削與斜角切削。
[0003]目前國(guó)外如美國(guó)衛(wèi)奇塔大學(xué)、澳大利亞悉尼大學(xué)，國(guó)內(nèi)如北京航空航天大學(xué)、河南農(nóng)業(yè)大學(xué)等高校均進(jìn)行了切削機(jī)理的試驗(yàn)研究，衛(wèi)奇塔大學(xué)和悉尼大學(xué)利用數(shù)控機(jī)床和自制刀具進(jìn)行了復(fù)合材料直角切削試驗(yàn)，并未涉及專用切削試驗(yàn)設(shè)備，且未見相關(guān)專利發(fā)表；北京航空航天大學(xué)利用自制試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行了高速切削試驗(yàn)來(lái)分析切削機(jī)理，其涉及的試驗(yàn)設(shè)備功能單一，無(wú)法進(jìn)行斜角切削，且切削參數(shù)不可調(diào)節(jié)。
[0004]專利CN101126703A針對(duì)現(xiàn)有研究金屬直角切削過(guò)程中切肩形成方法的不足，提供了一種簡(jiǎn)單方便、通用性強(qiáng)的研究金屬直角切削切肩形成的方法，此方法可用于車削加工和銑削加工；該專利僅適用于研究直角切削過(guò)程中的切肩形成，不具備金屬與復(fù)合材料的切削機(jī)理研究的一般性，同時(shí)該試驗(yàn)裝置也無(wú)法完成斜角切削。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0006]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種可調(diào)參數(shù)的直角與斜角切削試驗(yàn)裝置及其切削方法，能夠?qū)崿F(xiàn)切削深度、切削速度、刃傾角等切削參數(shù)的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，配合測(cè)力儀與高速攝像機(jī)，記錄切削過(guò)程中的力的變化和材料變形與失效趨勢(shì)等動(dòng)態(tài)過(guò)程，從而為切削機(jī)理的研究提供支撐。
[0007]技術(shù)方案
[0008]—種可調(diào)參數(shù)的直角與斜角切削試驗(yàn)裝置，其特征在于包括試驗(yàn)臺(tái)架、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器、導(dǎo)軌、絲杠、螺母座、試驗(yàn)臺(tái)、試驗(yàn)件夾具、刀具支架、刀具夾持與調(diào)節(jié)裝置和刀具；驅(qū)動(dòng)電機(jī)和減速器與試驗(yàn)臺(tái)架固連，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)減速器驅(qū)動(dòng)絲杠，從而帶動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)；刀具支架固定在試驗(yàn)臺(tái)架上，刀具支架通過(guò)軸承和刀具夾持與調(diào)節(jié)裝置相連；刀具夾持與調(diào)節(jié)裝置包括刀具夾持套筒、角度調(diào)節(jié)盤和切深調(diào)節(jié)鈕，切深調(diào)節(jié)鈕和角度調(diào)節(jié)盤位于刀具夾持套筒上部，刀具夾持套筒外側(cè)裝有夾緊卡頭，刀具與刀具夾持套筒間隙配合，試驗(yàn)件夾具安裝在試驗(yàn)臺(tái)上。
[0009]還包括測(cè)力儀，所述的測(cè)力儀固定在試驗(yàn)臺(tái)上。
[0010]還包括高速攝像機(jī)，所述的高速攝像機(jī)固定在刀具支架上。
[0011]—種使用所述的試驗(yàn)裝置進(jìn)行的切削方法，其特征在于步驟如下:
[0012]步驟1:將試驗(yàn)件置于夾具上，所述的試驗(yàn)件厚度為5mm?10mm、長(zhǎng)度為10mm?150mm、高度為50mm?60mm，保持試驗(yàn)件底部與試驗(yàn)臺(tái)緊密接觸，使用螺栓將試驗(yàn)件固定，確保在試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)夾具與試驗(yàn)件不發(fā)生相對(duì)移動(dòng)；
[0013]步驟2:將刀具插入套筒使刀柄上端部與套筒內(nèi)精密絲杠下端面緊密貼合；
[0014]步驟3:旋轉(zhuǎn)切深調(diào)節(jié)鈕，調(diào)節(jié)刀具插入套筒深度O?1mm，然后鎖緊套筒上的兩個(gè)夾緊卡頭，最后反向旋轉(zhuǎn)切深調(diào)節(jié)鈕，使精密絲杠與刀柄分離以保護(hù)絲杠；
[0015]步驟4:進(jìn)行直角切削試驗(yàn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)角度調(diào)節(jié)盤，將上側(cè)與下側(cè)的零刻度對(duì)齊，鎖緊固定卡頭；進(jìn)行斜角切削試驗(yàn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)角度調(diào)節(jié)盤-60°?60°，使得刻度與刃傾角值相等，鎖緊調(diào)節(jié)盤上的夾緊卡頭；
[0016]步驟5:通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，來(lái)調(diào)節(jié)試驗(yàn)件相對(duì)于刀具的運(yùn)動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)不同切削速度的調(diào)節(jié)；
[0017]步驟6:在完成試驗(yàn)件與刀具裝夾和切削參數(shù)調(diào)整之后，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)開始進(jìn)行切削試驗(yàn)。
[0018]有益效果
[0019]本發(fā)明提出的一種可調(diào)參數(shù)的直角與斜角切削試驗(yàn)裝置及其切削方法，利用本發(fā)明的切削試驗(yàn)方法和裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)金屬與復(fù)合材料等試驗(yàn)件的直角切削和斜角切削，且能夠精確調(diào)節(jié)切削深度和刃傾角；試驗(yàn)臺(tái)上裝有測(cè)力儀等測(cè)量設(shè)備，刀具支架處裝有高速攝像機(jī)，可以監(jiān)測(cè)切削過(guò)程中切削力的變化和實(shí)時(shí)切削變形狀態(tài)。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是切削試驗(yàn)臺(tái)整體示意圖[0021 ] 圖2是切削試驗(yàn)臺(tái)正視圖
[0022]圖3是切削深度與刃傾角調(diào)節(jié)裝置
[0023]圖4是進(jìn)行直角切削試驗(yàn)示意圖
[0024]圖5是進(jìn)行斜角切削試驗(yàn)示意圖
[0025]圖中:1-試驗(yàn)臺(tái)架；2_驅(qū)動(dòng)電機(jī)；3_減速器；4_導(dǎo)軌；5_絲杠；6_螺母座；7_試驗(yàn)臺(tái)；8_試驗(yàn)件夾具；9_刀具支架；10_高速攝像機(jī)；11-刀具夾持與調(diào)節(jié)裝置；12_刀具；13-試驗(yàn)件；14_角度調(diào)節(jié)盤；15_切深調(diào)節(jié)鈕；16_夾緊卡頭；17_測(cè)力儀。
【具體實(shí)施方式】
[0026]現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0027]本發(fā)明包括試驗(yàn)臺(tái)架1、驅(qū)動(dòng)電機(jī)2、減速器3、導(dǎo)軌4、絲杠5、螺母座6、試驗(yàn)臺(tái)7、試驗(yàn)件夾具8、刀具支架9、高速攝像機(jī)10、刀具夾持與調(diào)節(jié)裝置11、刀具12、角度調(diào)節(jié)盤14、切深調(diào)節(jié)鈕15、夾緊卡頭16和測(cè)力儀17。
[0028]如圖1或2所示，所述試驗(yàn)臺(tái)架I為整個(gè)設(shè)備提供支撐，驅(qū)動(dòng)電機(jī)2和減速器3固定在試驗(yàn)臺(tái)架I左側(cè)邊。驅(qū)動(dòng)電機(jī)2接入減速器輸入端，通過(guò)減速器3內(nèi)部齒輪嚙合關(guān)系使輸出的扭矩得到增強(qiáng)。絲杠5接入減速器輸出端并與之固連，利用位于試驗(yàn)臺(tái)7上的絲母座將絲杠5的正、逆向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樵囼?yàn)臺(tái)7在導(dǎo)軌4上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)2通過(guò)減速器3驅(qū)動(dòng)絲杠5，從而帶動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)7在導(dǎo)軌4上運(yùn)動(dòng)。另外，刀具支架9也固定在試驗(yàn)臺(tái)架I上，刀具支架9兩端伸長(zhǎng)臂分別固定在試驗(yàn)臺(tái)架I前后兩側(cè)面，為刀具夾持與調(diào)節(jié)裝置11提供支撐。本裝置所有的連接和安裝都是使用螺栓方式。
[0029]如圖1或2所示，所述試驗(yàn)臺(tái)7是切削作業(yè)平臺(tái)