[发明专利]超高转速切削三维动态力测试平台

说明书

技术领域

 本发明涉及一种切削力测试装置，特别涉及一种具有高固有频率的整体式高频响超高转速切削三维动态力测试平台。

背景技术

 切削力信号是切削过程中的重要状态参数，切削力信号的检测是目前国内外研究与应用最多的切削过程监测方法之一。随着超高速切削技术、尤其是基于高频电主轴的超高转速铣削技术的快速发展，超高转速切削加工的切削学行为得到了人们越来越多的关注。超高转速切削力信号的准确获取是研究超高速切削变形、切削摩擦等问题的基础实验保障条件，是建立超高速切削方程所必需的关键环节。但是，在超高转速切削时，切削力呈现高频间断性，机床和测力系统在切削力的高频间断的激励下，加工系统的主要低阶模态相互混合，所测得的力信号受到结构自身振动模态的强烈干扰。

目前已有的切削测力仪，绝大多数固有频率在1～5KHz之内，且在安装刀具或零件后，测力系统的固有频率会进一步下降，无法满足超高转速切削时冲击频率为0.5～3KHz的铣削力信号的准确测量。此外，超高转速切削时的振动非线性干扰强烈，获取准确的超高转速切削力信号极其困难，这给研究超高转速切削时的材料变形机理、超高转速切削摩擦学等带来了极大的挑战。

基于上述分析，本发明人针对现有超高转速切削时的切削力高频冲击与振动非线性干扰问题，试图提出解决方案，本案由此产生。

发明内容

 本发明所要解决的技术问题，是针对前述背景技术中的缺陷和不足，提供一种超高转速切削三维动态力测试平台，其可满足超高转速铣削、钻削以及磨削时切削力信号测量的要求，实现超高转速切削时三维动态力的准确测量。

本发明为解决以上技术问题，所采用的技术方案是：

一种超高转速切削三维动态力测试平台，包括待切削结构、4个电阻应变片组以及一体成型的上表面平台、弹性柱体、8个弹性厚片、4个弹性薄片、支撑基座，其中，弹性柱体位于支撑基座上；8个弹性厚片两两一组，4个弹性薄片与4组弹性厚片一一对应，所述弹性薄片的两端分别连接每组中两个弹性厚片的一端，构成4个弹性组，且所述4个弹性组分别位于弹性柱体的四周，各弹性组中两个弹性厚片的另一端分别连接支撑基座和上表面平台；所述上表面平台设于弹性柱体及弹性组的上方，并与弹性柱体连接；待切削结构设于上表面平台上；4个电阻应变片组分别固定于4个弹性薄片的中间位置。

上述弹性柱体位于支撑基座的中心，且为正四棱柱结构。

上述待切削结构与上表面平台为一体成型或机械联结。

上述弹性薄片、弹性厚片、弹性柱体的刚度比值是1：5～30：30～100。

采用上述方案后，本发明通过优化布局各构件，与现有结构相比具有以下优点：

（1）本发明具有高的固有频率。现有测力产品绝大多数固有频率在1～5KHz之内，且在安装刀具或工件后，测力系统的固有频率会进一步下降。此外，有些压电式测力元件固有频率高达90KHz，但在配置工装和装夹工件后，整个测力系统固有频率仅能达到5～6KHz。本发明采用集工件、测力元件于一体的整体式结构，固有频率可稳定在6～10KHz，完全能够满足超高转速切削测力要求；

（2）本发明具有较低的成本。现有能够满足切削加工测试的商品化测力产品普遍价格昂贵，价格在几万元至几十万元之间不等。本发明成本仅包括被加工材料费用、加工费、电阻应变片组费等，成本在千元以内。

（3）本发明通过改变待切削结构尺寸，除可满足超高转速铣削外，还可满足超高转速钻削、超高转速磨削等切削力测试要求；

（4）本发明结构简单，工作可靠，可将顶端待切削结构做成分体式，从而重复使用。

附图说明

 图1是本发明的立体结构示意图。

具体实施方式

 以下将结合附图对本发明的结构及工作过程进行详细说明。