CN102490084A - 刀具高速断续切削性能评价测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种刀具高速断续切削性能评价测试装置，包括回转盘体、刀杆、刀架、压电式测力计、红外测温仪、电荷放大器和计算机；刀杆安装在刀架上，压电式测力计和红外测温仪固定在刀架上，压电式测力计通过连接线与电荷放大器连接，电荷放大器与计算机中的数据采集卡连接；回转盘体上设有夹持部，回转盘体上在以其回转中心为圆心的同一个圆周上等间隔对称分布有偶数个工件块安装区位。本发明可以进行圆周面及圆柱端面的断续切削，用于刀具断续切削性能的测试评价，能够实现不同断续程度下的刀具切削性能评价测试和测试过程中切削力、切削温度和待评价的可转位刀片寿命的在线测量，实现过程和方法简单、方便。

Description

刀具高速断续切削性能评价测试装置

技术领域

本发明涉及一种刀具高速断续切削时的性能测试装置，属于刀具性能测试技术领域。

背景技术

断续切削是指在切削过程中，切削刃间断地与工件接触的切削。研究断续切削状态下的切削力、切削温度和刀具寿命等对优化刀具结构和合理选择加工具有凸棱、凹槽等断续切削特征工件时的切削参数具有重要实际应用意义。

目前的刀具断续切削性能测试多是通过在车床上切削沿圆周方向开有凹槽的圆柱形工件(如图1所示)或者装夹在凹槽内的条状工件块进行。高速切削是未来机械加工工艺研究的重要趋势，但是限于机床本身性能参数、圆柱工件直径无法做到足够大、夹具制作成本高昂等因素，传统的刀具断续切削性能评价测试装置难以实现高速乃至超高速下的断续切削测试。此外，刀具断续切削性能评价传统测试装置存在夹具笨重，制作成本较高，浪费材料，无法实现圆柱端面的断续切削等缺陷，而且刀具在不同断续程度下的切削性能评价测试需要制作多套夹具，不能在同一测试装置上实现不同断续程度下的切削性能评价。

发明内容

本发明针对目前断续切削测试装置难以实现高切削线速度下的切削测试、夹具笨重、制作成本高、无法进行圆柱端面的断续切削、不能在同一测试装置上实现不同断续程度下的切削性能评价等不足的现状，提供一种用于高切削线速度下的刀具断续切削性能评价测试装置。该测试装置可应用于数控车床和数控铣床，其中在数控铣床中可以借助铣床高主轴转速的优势实现刀具超高切削线速度断续切削性能测试。

本发明的刀具高速断续切削性能评价测试装置采用以下技术解决方案：

该刀具高速断续切削性能评价测试装置，包括回转盘体、刀杆、刀架、压电式测力计、红外测温仪、电荷放大器和计算机；刀杆安装在刀架上，压电式测力计和红外测温仪固定在刀架上，压电式测力计通过连接线与电荷放大器连接，电荷放大器与计算机中的数据采集卡连接；回转盘体上设有夹持部，回转盘体上在以其回转中心为圆心的同一个圆周上等间隔对称分布有偶数个工件块安装区位。

上述刀具高速断续切削性能评价测试装置应用在数控车床或数控铣床上，通过夹持部将回转工件块夹具安装在数控车床主轴或数控铣床主轴上，将刀架固定连接在数控车床的床身导轨上或数控铣床的工作台上，将待评价的可转位刀片安装在刀杆上，在回转盘体上的工件块安装区位上安装偶数个工件块，通过安装的工件块数量的改变，可满足刀具在不同断续程度下的切削性能评价测试。刀杆随刀架的运动实现进给运动，压电式测力计和红外测温仪随刀架同时移动，压电式测力计测得的电压信号通过连接线经电荷放大器传至数据采集卡，数据采集卡将电压信号转换成电子数据，在计算机上通过切削力测试软件显示出来。红外测温仪对准刀尖位置，实现切削区温度的在线测量。与传统的刀具断续切削性能评价测试装置相比，上述装置将圆柱形回转工件块夹具演变为回转盘体，加大了回转直径，提高了切削线速度，适用于刀具高速乃至超高速断续切削性能评价测试。

本发明可以进行圆周面及圆柱端面的断续切削，用于刀具断续切削性能的测试评价，能够实现不同断续程度下的刀具切削性能评价测试和测试过程中切削力、切削温度和待评价的可转位刀片寿命的在线测量，实现过程和方法简单、方便，回转盘体便于安装，可重复使用，避免了在不同切削线速度要求下更换不同夹具，节约了制作夹具的材料和费用，有效降低刀具性能测试成本，可快速更换工件及其数量，装夹安全可靠。

附图说明

图1是传统刀具断续切削性能评价测试中的工件块。

图2是本发明的刀具高速断续切削性能评价测试装置在数控车床上的应用示意图。

图3是本发明的刀具高速断续切削性能评价测试装置在数控铣床上的应用示意图。

图中：1、夹持部；2、回转盘体；3、锁紧螺钉；4、工件块；5；刀片；6、车刀杆；7、刀架；8、压电式测力计；9、红外测温仪；10、测力计连接线；11、电荷放大器；12、数据采集卡；13、计算机；14、铣床主轴。

具体实施方式

本发明的刀具高速断续切削性能评价测试装置如图1和图2所示，包括回转盘体2、刀杆6、刀架7、压电式测力计8、红外测温仪9、电荷放大器11和计算机13，刀杆6安装在刀架7上，压电式测力计8和红外测温仪9固定在刀架7上，压电式测力计8通过连接线10与电荷放大器11连接，电荷放大器11与计算机13中的数据采集卡12连接。回转盘体2上设有夹持部1，回转盘体2上在以其回转中心为圆心的同一个圆周上等间隔对称分布有偶数个工件块安装区位，在工件块安装区位上通过三个锁紧螺钉3固定安装工件块4，定位可靠，锁紧牢固，安装更换简便。工件块4的数量为偶数，等间隔分布，以保证动平衡性能好，操作安全。回转盘体2可重复使用，避免了在不同切削线速度要求下更换不同夹具，节约了制作夹具的材料和费用。

上述测试装置可满足刀具切削各类工件材料、不同断续程度的切削性能评价测试要求。断续程度大小的控制可通过调整在回转盘体2上的工件块4等间隔安装的数量来实现(工件块4的不等间隔安装也可满足刀具断续切削性能评价测试某些特殊要求)，通过改变刀架的运动方向，即可实现圆周面的断续切削，也可实现圆柱端面的断续切削，提高了夹具(回转盘体2的适用范围，实现过程和方法简单、方便。借助测力计和红外测温仪可实现切削过程中的切削力、切削温度的在线检测和输出。本发明在数控车床和数控铣床上皆可应用，使用范围较广。

本发明的刀具高速断续切削性能评价测试装置在数控车床上的应用如图1所示。通过数控车床主轴前端的三爪卡盘夹持回转盘体2上的夹持部1将整个回转工件块夹具装夹在车床主轴上，将刀架7固定连接在车床导轨上，将待评价的可转位刀片5安装在刀杆6上。刀杆6随刀架7的运动实现进给运动，压电式测力计8和红外测温仪9随刀架7同时移动，压电式测力计8测得的电压信号通过连接线10经电荷放大器11传至数据采集卡12，数据采集卡12将电压信号转换成电子数据，在计算机13上通过切削力测试软件显示出来。红外测温仪9对准刀尖位置，实现切削区温度的在线测量。

本发明的刀具高速断续切削性能评价测试装置在数控铣床上的应用如图2所示。回转工件块夹具通过刀夹夹紧夹持部1的方式连接在铣床主轴14上，利用数控铣床的高主轴转速进行刀具超高速断续切削性能评价测试。刀杆6和压电测力仪8通过刀架7固定在铣床工作台上，压电式测力计8测得的电压信号通过连接线10经电荷放大器11传至数据采集卡12，数据采集卡12将电压信号转换成电子数据，在计算机13上显示出来，红外测温仪9固定在刀架7上，红外测温仪9对准刀尖位置，可在线测量切削区温度。

断续程度的大小可通过每个旋转周期内的断续次数D_ur、和断续率D_ratio三个参数表示。其中，每个旋转周期内的断续次数D_ur是指刀具切削刃在工件旋转一周内参与切削的次数；单位长度上的断续次数D_ul是指在工件旋转一周内的刀具切削刃参与切削次数与切削路径总长度之比；断续率D_ratio是指在工件旋转一周内的刀具切削刃未参与切削的切削路径长度与切削路径总长度之比。假设直径为D的回转盘体2上沿圆周方向等间隔对称设置N个工件块安装区位，每个工件块的沿回转盘体周向长度为L，回转盘体2的转速为n，则此时相应的断续程度可表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{D}_{\mathrm{ur}}=\frac{N}{n}\\ D_{\mathrm{ul}}=\frac{N}{\mathrm{\πD}}\\ D_{\mathrm{ratio}}=\frac{\mathrm{\πD}-\mathrm{NL}}{\mathrm{\πD}}\end{array}\right.$

周面断续切削测试时的切削线速度可表示为：

V＝2πDn，

为了比较不同断续程度下硬质合金可转位刀片的断续切削性能，进行以下测试。具体实施步骤如下：

实施目的：测试某种可转位硬质合金刀片P在不同断续程度下的刀具切削性能，包括切削过程中的切削力、切削区温度和刀具寿命；

实施过程：假设测试过程中车床主轴转速为n。测试分为三组，分别在回转盘体(2)沿圆周方向等间隔对称安装2个、4个、8个工件块。三组测试的断续程度分别可表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{D}_{\mathrm{ur}1}=\frac{2}{n}\\ D_{\mathrm{ul}1}=\frac{2}{\mathrm{\πD}}\\ D_{\mathrm{ratio}1}=\frac{\mathrm{\πD}-2L}{\mathrm{\πD}}\end{array}\right.,$

$\left\{\begin{array}{c}{D}_{\mathrm{ur}2}=\frac{4}{n}\\ D_{\mathrm{ul}2}=\frac{4}{\mathrm{\πD}}\\ D_{\mathrm{ratio}2}=\frac{\mathrm{\πD}-4L}{\mathrm{\πD}}\end{array}\right.,$

$\left\{\begin{array}{c}{D}_{\mathrm{ur}3}=\frac{8}{n}\\ D_{\mathrm{ul}3}=\frac{8}{\mathrm{\πD}}\\ D_{\mathrm{ratio}3}=\frac{\mathrm{\πD}-8L}{\mathrm{\πD}}\end{array}\right..$

Claims (1)

1.一种刀具高速断续切削性能评价测试装置，包括回转盘体、刀杆、刀架、压电式测力计、红外测温仪、电荷放大器和计算机；其特征是：刀杆安装在刀架上，压电式测力计和红外测温仪固定在刀架上，压电式测力计通过连接线与电荷放大器连接，电荷放大器与计算机中的数据采集卡连接；回转盘体上设有夹持部，回转盘体上在以其回转中心为圆心的同一个圆周上等间隔对称分布有偶数个工件块安装区位。

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