[发明专利]电磁驱动高速切削模拟实验装置

说明书

技术领域

本发明属于金属切削领域，尤其涉及一种电磁驱动高速切削模拟实验装置。

背景技术

高速切削加工以高效率、高精度和高表面质量为基本特征，在汽车工业、航空航天、模具制造和仪器仪表等行业中获得了越来越广泛的应用，是当代先进制造技术的重要组成部分。

高速切削机理是高速切削技术发展的基础，而高速切削实验是进行高速切削加工技术研究的一个重要手段。通过高速切削实验，不但可以揭示高速切削过程中被加工材料的变形行为及相关规律，还可以对高速切削理论预测结果和有限元模拟仿真结果进行验证。

为了获得高的切削线速度，目前的高速切削实验通常在车床上采用大直径工件，通过正交切削（即直角切削）加工方法来完成，由于受到机床主轴最大转速和工件动平衡的限制，较难达到理想的高切削线速度。再者，高速切削实验研究一般要求对工件在不同切削速度下的材料变形行为进行分析。然而，利用车床进行高速切削实验，在主轴转速大范围改变的情况下往往会出现共振现象，难以获得稳定的高速切削过程。此外，“冻结”获取高速切削过程的瞬态切屑是高速切削机理研究的关键，然而在高速车削过程中工件的转动惯性极大，很难让工件与机床主轴瞬间停止转动，从而难于捕获高速切削瞬间产生的切屑。

因此，一些学者开始采用新的装置来实现稳定的高速切削。例如，中国专利文献（201110049605.6）公开了一种基于霍普金森压杆加载技术的高速切削实验装置，这种切削装置通过用小口径轻气枪对刀具进行间接加载，其能量有限，很难达到极高的切削速度，而且轻气枪被国家禁止销售和使用，因此此装置不适用于一般的科学研究；中国专利文献（201210031362.8）公开了一种基于轻气炮加载技术的高速切削实验装置，该装置同样是对刀具进行间接加载，虽然能够实现很高的切削速度，但也存在设备复杂，安全隐患高，实验成本过高的问题；中国专利文献（201110308593.4）公开了一种爆炸式高速切削装置，其原理是利用火药爆炸产生的强大气体压力来驱动刀杆带动刀片高速撞击工件，这种装置结构简单、成本低，但是不能控制切削速度的大小，而且使用火药时存在一定的安全隐患。因此，研制经济环保、安全可靠的高速切削实验装置就成为当今开展高速切削实验研究的一个迫切需求。

发明内容

本发明提供一种电磁驱动高速切削模拟实验装置，它具有速度高，安全可靠、经济环保等优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电磁驱动高速切削实验装置，包括动力机构、切削机构和固定机构，所述动力机构包括依次连接的电磁驱动器、电容器组、直流整流器和调压变压器，所述切削机构包括刀具夹持装置和安装在其上的刀具，所述固定机构包括支撑框架、支座、固定箍套和工件夹持及定位装置，所述动力机构的电磁驱动器通过固定箍套固定在支座上，所述刀具夹持装置安装在电磁驱动器内铝合金杆的一端。

所述电磁驱动器包括依次连接的铝合金杆端部挡块、缓冲垫、铝合金杆，所述铝合金杆上依次套有第一轴承、若干间隔的铁环电磁装置和第二轴承，所述若干铁环电磁装置的外面设有保护外壳，所述铁环电磁装置包括软铁环、亚克力管和电磁线圈，其中软铁环嵌在铝合金杆上，所述电磁线圈环绕在亚克力管的外围，电磁线圈与软铁环之间通过亚克力管实现间隔、定位和绝缘，所述保护外壳两端的铝合金杆上设有第一轴承和第二轴承。

所述动力机构的电磁驱动器通过放电线路连接电容器组，所述电容器组通过充电线路连接直流整流器，所述直流整流器通过连接线连接调压变压器，所述调压变压器设有插头。

所述支座安装在支撑框架上，所述工件夹持及定位装置固定在支座上，所述工件固定在工件夹持及定位装置上。

所述动力机构用于产生电磁推力以带动切削机构高速运动，带动刀具切削工件夹持及定位装置上的工件；所述动力机构上的缓冲垫和铝合金端部挡块用于使刀具快速停止。

所述动力机构的调压变压器连接电压为220V的单相交流电，能在0～660V范围内连续调节输出电压，通过改变输出电压的大小调节装置的切削速度，如需要更高的切削速度，则更改调压变压器即可。所述电容器组包括若干个电容器，每个电容器与电磁驱动器中的若干个电磁线圈一一对应。电磁线圈之间相互独立，通过开启/关闭部分电磁线圈来调节装置的切削速度。

所述切削机构的刀具夹持装置与铝合金杆之间为螺纹连接。

所述刀具、工件和固定机构上设置有用于检测切削过程中切削力和切削温度的传感器。

本发明的工作原理：