[發(fā)明專利]一種基于輕氣炮加載技術(shù)的高速切削實(shí)驗(yàn)裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210031362.8
• 申請(qǐng)日: 2012-02-13
• 公開（公告）號(hào): CN102539265A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戴蘭宏;馬維;葉貴根;凌中;蔣敏強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G01N3/58
• 分類號(hào): G01N3/58
• 代理公司: 北京和信華成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬切削領(lǐng)域，尤指一種基于輕氣炮加載技術(shù)的高速正交切削實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

制造業(yè)是我國(guó)國(guó)名經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，其增加值約占我國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)的40％以上，其中切削加工占了整個(gè)制造業(yè)總產(chǎn)值的15％，因此發(fā)展先進(jìn)切削加工技術(shù)是啟動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)新高潮的杠桿。高速切削可使切削力下降30％，加工效率提高3～5倍以上，被譽(yù)為20世紀(jì)機(jī)械制造業(yè)的一場(chǎng)技術(shù)革命。高速切削機(jī)理是高速切削技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展的理論基礎(chǔ)，在高速切削技術(shù)應(yīng)用中起著指導(dǎo)作用，占有十分重要的地位。但是，當(dāng)前對(duì)高速切削理論的研究嚴(yán)重滯后于應(yīng)用研究，至今仍有許多問題我們是知其然而不知其所以然，尚未形成比較完整的理論體系，這種狀況已經(jīng)成為制約我國(guó)高速切削技術(shù)發(fā)展的瓶頸。為了更好的理解高速切削機(jī)理，急需發(fā)展有效的實(shí)驗(yàn)裝置來研究高速切削過程中的切屑變形行為及相關(guān)規(guī)律。

目前切削實(shí)驗(yàn)主要在車床上進(jìn)行，車床加工所實(shí)現(xiàn)的切削速度一般在幾米每秒，很難實(shí)現(xiàn)幾十甚至幾百米每秒的高速切削。要獲得較高的切削速度，車床的主軸轉(zhuǎn)速要求必須很高，但由于安全及技術(shù)原因，目前一般機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速都不是很高，最高在10000轉(zhuǎn)/分鐘左右。另外在車床加工中，工件的直徑通常比較小，一般臥式車床允許工件的最大直徑在400mm左右，這也使得利用車床加工所獲取的線切削速度往往較低，很難達(dá)到高速切削所需的要求。再者，在主軸轉(zhuǎn)速大范圍改變的情況下車床加工往往會(huì)出現(xiàn)共震現(xiàn)象，導(dǎo)致機(jī)床劇烈顫震，從而難以獲得穩(wěn)態(tài)的高速切削過程。

最近也有人發(fā)展新的方法來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)的高速切削。例如，專利文獻(xiàn)(201110049605.6)公開了這樣一種高速切削實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置基于Hopkinson壓桿加載技術(shù)搭建，它通過輕氣槍發(fā)射彈丸撞擊入射桿，從而推動(dòng)入射桿攜帶刀具前行，進(jìn)而切削固定的工件。這種切削裝置是通過用小口徑的輕氣槍對(duì)刀具進(jìn)行間接加載來實(shí)現(xiàn)的，很難達(dá)到極高的切削速度，只能實(shí)現(xiàn)5m/s-30m/s的正交切削。當(dāng)要求實(shí)現(xiàn)更高速度(＞30m/s)的高速切削時(shí)，這種實(shí)驗(yàn)裝置就不再適用了。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于輕氣炮加載技術(shù)的高速切削實(shí)驗(yàn)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)大于30m/s的穩(wěn)態(tài)高速切削。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種基于輕氣炮加載技術(shù)的高速切削實(shí)驗(yàn)裝置包括：

輕氣炮動(dòng)力加載機(jī)構(gòu)，用于推動(dòng)切削機(jī)構(gòu)以預(yù)定的速度沿預(yù)定的軌道飛行；

切削機(jī)構(gòu)，用于對(duì)待加工的工件進(jìn)行高速切削；

固定機(jī)構(gòu)，用于固定待加工的工件；

收捕機(jī)構(gòu)，用于接收完成切削的所述切削機(jī)構(gòu)；

其中，輕氣炮動(dòng)力加載機(jī)構(gòu)、切削機(jī)構(gòu)、固定機(jī)構(gòu)和收捕機(jī)構(gòu)沿一軸線依次排布。

進(jìn)一步，所述輕氣炮動(dòng)力加載機(jī)構(gòu)包括輕氣炮和加速身管，輕氣炮與加速身管相連。

進(jìn)一步，所述切削機(jī)構(gòu)包括炮彈和刀具，刀具通過固定裝置安裝于炮彈前端。

進(jìn)一步，所述炮彈安裝于所述加速身管內(nèi)，經(jīng)輕氣炮加載后推動(dòng)所述刀具在所述加速身管內(nèi)加速并達(dá)到預(yù)定的飛行速度，最后從所述加速身管出口發(fā)射出去；所述炮彈在所述加速身管內(nèi)沿一導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)行，以避免在飛行過程中發(fā)生晃動(dòng)和偏轉(zhuǎn)；在所述加速身管出口處設(shè)置有測(cè)量所述炮彈速度的激光測(cè)速器。

進(jìn)一步，根據(jù)所述輕氣炮的氣壓大小、炮彈質(zhì)量及炮彈在加速身管內(nèi)的初始位置調(diào)整所述刀具的切削速度。

進(jìn)一步，所述固定機(jī)構(gòu)上對(duì)稱設(shè)置兩個(gè)待加工的工件，兩個(gè)待加工的工件之間的間距根據(jù)所需切削深度確定；所述刀具具有對(duì)稱分布的兩個(gè)切削刃，對(duì)應(yīng)切削兩個(gè)待加工的工件。

進(jìn)一步，所述收捕機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述固定機(jī)構(gòu)后部的正對(duì)所述加速身管出口位置，收捕機(jī)構(gòu)為柱形腔體，內(nèi)裝緩沖材料。

進(jìn)一步，所述固定機(jī)構(gòu)上還設(shè)置有用于觀測(cè)工件切削過程的攝像裝置。

進(jìn)一步，所述刀具、待加工的工件和固定機(jī)構(gòu)上設(shè)置有用于檢測(cè)切削過程中切削力和切削溫度的傳感器。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、通過調(diào)節(jié)輕氣炮的氣壓大小、炮彈質(zhì)量或炮彈初始位置可獲得很廣的切削速度，利用該裝置可進(jìn)行切削速度高達(dá)30m/s～150m/s的高速切削實(shí)驗(yàn)，能滿足大多數(shù)材料的高速切削實(shí)驗(yàn)要求；

2、整個(gè)切削過程速度快、歷時(shí)短，加之沖擊能量遠(yuǎn)大于切削所需能量，可視為穩(wěn)態(tài)過程；

3、本實(shí)驗(yàn)裝置可通過安裝高速攝像裝置捕獲高速切削瞬態(tài)圖像，有助于研究高速切削相關(guān)機(jī)理；

4、本發(fā)明安全可靠、可在刀具和工件及其夾持裝置上安裝傳感器，有利于高速切削過程中切削力和切削溫度等參數(shù)的測(cè)試。