[發明專利]一種針對切削過程中工件表面形貌的分析系統

在審

• 申請號: 201910268908.3
• 申請日: 2019-04-04
• 公開（公告）號: CN109877391A
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 陳東菊;張世偉;李源;李天寶;李娜
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B23D79/00
• 分類號: B23D79/00;B23Q17/20
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種針對切削過程中工件表面形貌的分析系統，設有工作臺、刀架、測力計、USB顯微鏡和PC機。刀架安裝于工作臺之上，在刀架之間安裝有測力計。測力計通過定位孔來固定在刀架上，通過壓電傳感器將切削力信號轉換為電信號，再通過電荷放大器對電信號進行處理，最后通過數據采集器將切削力的變化情況實時的顯示在PC機上。刀體通過刀具夾持裝置來固定，刀體頭部的夾持槽可以固定刀具。在刀架上端有固定懸臂來安裝USB顯微鏡，USB顯微鏡通過外接導線與PC機相連，將材料去除的實時圖像顯示在PC機上。本系統能夠實現從刀具幾何形狀，軸系振動，工件材料等方面來表征加工表面形貌，同時可以從實驗結果來分析各個因素對表面形貌的影響程度。

技術領域

本發明應用于超精密加工過程，可以實現在超精密加工過程中準確分析多個因素對表面形貌的影響程度。

背景技術

在超精密加工過程中，表面形貌對加工表面的功能具有顯著影響，包括耐磨性，疲勞強度，潤滑和摩擦以及光學性能。因此，在過去的幾十年中，表面形貌是衡量加工表面質量的關鍵指標。然而，由于對影響因素機制的認識不全面，在加工過程中達到滿意的表面光潔度仍然大大依賴于人工經驗。因此，不適當地選擇工藝參數和機床不可避免地導致高生產成本和低表面質量。因此，研究表面形貌的形成并分析超精密加工過程中表面形貌的影響因素具有重要意義。

在超精密加工過程中，表面形貌取決于機床、刀具、工件材料和環境等眾多因素，對于表面形貌的表征方法大部分集中在數學建模方面，尚沒有一種實驗裝置考慮多種因素來表征超精密加工中的表面形貌。

發明內容

本發明的目的是針對超精密加工過程中表面形貌的形成過程，提供一種考慮多種因素的實驗裝置，實現從刀具幾何形狀，軸系振動，工件材料等方面來表征加工表面形貌，同時從實驗結果來分析各個因素對表面形貌的影響程度。

本發明設有測力計、USB顯微鏡、工作臺、刀架、PC機。其特征在于：切削刀具由刀具夾持裝置固定，刀架上通過螺紋連接測力計，測力計與壓電傳感器相連，通過數據采集器與PC機相連。USB顯微鏡通過刀架上的懸臂裝置固定到刀具上端，并且通過外接導線連入PC機。

本發明所述測力計為Kistler測力計9119AA2，該測力計采用壓電傳感器，具有高剛度，高固有頻率，長壽命，大量程等優點，可以實時精確采集切削過程中的切削力。

本發明所述USB顯微鏡為AM7915MZT Dino-lite Edge，該顯微鏡具有高倍率放大功能，同時具有偏光功能和拍照功能，可以清楚地觀察金屬表面的去除情況。

本發明具有以下突出優點：

1)結構簡單。將測力計與顯微鏡結合，一方面從切削力的角度分析刀具幾何形狀、軸系振動、材料性能對工件表面形貌的影響情況；另一方面通過觀察切削區域中材料的去除情況來判斷材料去除機制對表面形貌的影響。

2)實時精確分析工件表面形貌的變化情況。壓電傳感器接收到切削力信號后轉換為電信號，再通過電荷放大器對電信號進行處理，最后通過數據采集器將切削力的變化情況實時的顯示在PC機上；另一方面USB顯微鏡通過連接到PC機上能夠實時顯示切削過程中工件表面的去除情況。

附圖說明

圖1為本發明裝置的示意圖。

圖2為測力計與刀體結構圖。

圖3為測力計與刀體結構A-A剖面示意圖。

圖4為測力計工作原理圖。

在圖1-3中，各標記為：

1工作臺、2測力計、3刀架、4USB顯微鏡、5刀具、6PC機、7工件、8壓電傳感器、9定位孔、10刀具夾持裝置、11刀體。

具體實施方式