CN103247219A - 切削射流支撑综合实验装置 - Google Patents

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吕彦明
徐看
黄艳玲
叶建友
陈林
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Abstract

一种切削射流支撑综合实验装置，它由空化射流发生装置、切削力测量装置及振动测量装置等组成。其中空化射流发生装置由水箱、控制电机、高压泵、保压控制缸、空化发生器、脉冲发生器及喷嘴等组成，切削力测量装置主要由测力仪、放大器及计算机等组成，振动测量装置由振动测头、调理仪及计算机等组成。通过该综合实验装置进行对比实验来检验以空化脉冲射流作为随动工艺系统支撑的可能性和应用效果，看其是否能够减小薄壁低刚度零件在加工过程中的变形和抑制振动。

Description

切削射流支撑综合实验装置
技术领域
本发明涉及一种综合实验装置的设计，具体的是一种切削射流支撑综合实验装置，通过对比实验来检验以空化脉冲射流作为随动工艺系统支撑的可能性和实际应用效果。
背景技术
高压水射流技术是近几十年来快速发展起来的一项新技术，在采矿、冶金、石油、建筑、化工、市政建设及医学等领域获得广泛的应用。空化现象是流体流动过程中局部压力低于饱和蒸汽压力时出现的空泡生成、长大及溃灭的现象，其实质是流体在动力及热力联合作用下，液体介质局部液一气相变过程。将空化作用引入到高压水射流技术领域即为空化水射流技术，利用空泡溃灭引起的极大冲击力可加强高压水射流的清洗、破碎和切割能力。
针对薄壁低刚度零件铣削加工难题，提出了应用水为介质的空化脉冲射流作为随动工艺系统支撑，以提高系统刚性，减小工件弹性变形、减小和抑制工艺系统振动，希望可以从根本上解决低刚度零件的高精度、高速度加工的瓶颈问题。因为目前国内尚未有针对射流应用于柔性支撑的基础研究，因此需要设计一种切削射流支撑综合实验装置，通过实验来检验以空化脉冲射流作为随动工艺系统支撑的可能性，看其是否能够减小薄壁低刚度零件在加工过程中的变形和抑制振动。
发明内容
本发明的目的在于根据为解决薄壁低刚度零件铣削加工难题提出的应用水为介质的空化脉冲射流作为随动工艺系统支撑的方案，提供一种能够检验此方案能否起到减小变形和抑制振动作用的切削射流支撑综合实验装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：该切削射流支撑综合实验装置主要由空化射流发生装置、切削力测量装置及振动测量装置等组成。
上述空化射流发生装置由水箱、电机、高压泵、保压控制缸、空化发生器、脉冲发生器及喷嘴等组成，如果直接将空化发生器和脉冲发生器相连，随着射流脉冲频率改变，流量也会改变，进而会影响空化装置的空化效果，因此在两者之间需要增加一个过渡装置来保证实验效果，即保压控制缸。
上述切削力测量装置主要由测力仪、放大器及计算机等组成，刀具切削工件的切削力经测力仪检测获得，经过放大器处理输入到计算机中的数据采集卡，计算机采集数据获得切削力数据信息。
上述振动测量装置由振动测头、振动调理器及计算机等组成，用来采集系统的振动信号，振动加速度传感信号经振动调理器放大滤波，输入到振动采集卡，振动分析软件采集数据并进行分析，即可获得对应切削实验条件下的系统振动。
本发明的有益效果是，通过该切削射流支撑综合实验装置，可以实施对比实验检验以空化脉冲射流作为随动工艺系统支撑的可能性，并判定该方案是否能在薄壁低刚度零件加工中起到减少变形和抑制振动的作用。结构设计简单、紧凑，便于组装、连接，能够很好的满足实验需要，且可根据实验需要便于进行设计改进。
附图说明
图1是切削射流支撑综合实验装置示意图。
图中1.机床主轴，2.刀具，3.喷嘴，4.脉冲发生器，5.保压控制缸，6.空化发生器，7.高压泵，8.电机，9.测力仪，10.机床工作台，11.计算机，12.振动调理器，13.放大器，14.振动测头，15.工件，16.水箱。
图2是工件的结构示意图。
具体实施方案
根据图1，切削射流支撑综合实验装置主要由空化射流发生装置、切削力测量装置及振动测量装置等组成。空化射流发生装置包括水箱16、电机8、高压泵7、保压控制缸5、空化发生器6、脉冲发生器4及喷嘴3等。介质水从水箱16过滤，高压泵7加压后，经空化发生器6及脉冲发生器4的作用后由喷嘴3喷出，射流产生的冲击力作用于预定的工件表面，为加工中提供辅助支撑。切削力测量装置包括测力仪9、放大器13及计算机11等。工件15通过螺钉固定在测力仪9工作台上，测力仪9底座通过螺钉固定在机床工作台10上，切削力信号通过测力仪9经专用电缆输入到计算机11的数据采集卡中，计算机11将对采集到的切削力数据进行分析。振动测量装置包括振动测头14、振动调理器12及计算机11等。振动测头14固定于待测工件15表面上，进行振动信号采集，经电缆将振动加速度传感信号经振动调理器12进行滤波放大，再经电缆输入到计算机11的振动采集卡上，通过计算机11上的振动数据分析软件对采集数据进行分析，即可获得对应切削实验条件下的系统振动情况。
使用本切削射流支撑综合实验装置进行试验时，首先根据实验要求，在实验进行前首先做好准备工作，选择刀具2、设计待试验工件15，将刀具2固定于机床主轴1上，待试验工件15通过螺钉固定于测力仪9工作台上，测力仪9底座通过螺钉固定在机床工作台10上。接着，根据实际情况，合理的进行切削力测量装置及振动测量装置的组装。依次通过专用电缆将测力仪9、放大器13及计算机11连接，完成切削力测量装置的组装。将振动测头14固定于工件15的既定位置，用于采集系统的振动信号，并将振动测头14、振动调理器12及计算机11依次连接，完成振动测量装置的组装。在实验正式进行前，先对组装好的切削力及振动测量装置进行调试，以保证实验顺利进行。
使用本切削射流支撑综合实验装置，主要进行的是有无射流支撑情况下切削加工的对比实验，所以在进行射流支撑实验前，先进行无射流支撑的一般切削加工实验，测得此时的切削力及振动数据并保存，并记录工件的加工变形情况，作为接下来射流支撑实验的对比分析数据。
在进行有射流支撑的实验时，切削力测量装置和振动测量装置按照原样设置保持不变，同时更换新的刀具2及待试验工件15。接下来是进行空化射流发生装置组装连接，按照图1设计要求，将水箱16、高压泵7、空化发生器6、保压控制缸5、脉冲发生器4及喷嘴3等按顺序连接，电机8与保压控制缸5连接并控制其活塞运动。其中喷嘴3是由多个喷嘴组成的喷嘴组，空化脉冲射流最后经喷嘴3喷出并作用工件15的薄壁部分表面，即加工的另一侧产生相应的冲击力来作为辅助支撑抵消相应的切削力，从而抑制工件振动及减小工件变形。在实验中，喷嘴3按照刀具2的进给速度及进给方向保持同步运动。实验完成后，将测得的切削力及振动数据分析并保存，并记录工件的加工变形情况，以便与无射流支撑情况进行对比。
实验结束后，切断电源，清理实验现场，拆卸测量装置与空化射流发生装置，对各部分进行清洁、干燥等处理，放置好以便下次实验继续使用。

Claims (4)

1.一种切削射流支撑综合实验装置，主要由空化射流发生装置、切削力测量装置及振动测量装置等组成，其特征是：所述空化射流发生装置由水箱、控制电机、高压泵、保压控制缸、空化发生器、脉冲发生器及喷嘴等组成，其中设置的保压控制缸位于空化发生器和脉冲发生器之间，由电机控制。
2.根据权利要求1所述的切削射流支撑综合实验装置，其特征是：所述切削力测量装置由测力仪、放大器及计算机等组成，振动测量装置由振动测头、振动调理器及计算机等组成，其中计算机为同一计算机且为工控计算机。
3.根据权利要求1所述的切削射流支撑综合实验装置，其特征是：所述水箱出口装有过滤装置，介质水可以根据需要换成冷却液等其他液体介质。
4.根据权利要求1所述的切削射流支撑综合实验装置，其特征是：所述喷嘴是由多个喷嘴组成的喷嘴组，可根据实际情况进行组合排列。
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