[发明专利]刀具切削以及磨削测试仪

说明书

技术领域

本发明属于机械加工中的材料测试领域，具体涉及一种刀具切削以及磨削测试仪。

背景技术

刀具是材料加工过程中的必要工具，其切削特性将直接影响刀具的使用寿命、材料的加工质量等，进而影响材料的最终服役性能，因此研究刀具的切削特性及其磨损状态十分重要。然而，目前的实验研究手段主要借助于成型的机床或是加工中心，具体来说是直接利用机床的机构特点和工作性能来自定义组装实验装置，而鲜有专门的刀具测试仪器。在实验设计阶段，一方面要根据机床性能考虑参数配置，当实验需要较大的主轴转速、较高的进给精度、较强的主轴功率时，会对机床本身的性能提出更高的要求；另一方面实验设备会受到机床结构及加工方式的限制，要综合考虑刀具和工件的安装是否合理，传感器是否会在实验调试及进行过程中遭到损坏。在实验实施阶段，往往还需额外加工辅助的实验设备，如刀具工装、工件工装、传感器工装等，用于将刀具、工件和传感器等固定在机床的工作台上，或是进行相互组装。除此之外，机床大多是面向生产的，因此还需协调实验周期与生产周期。综上所述，亟需设计一种专门用于刀具切削性能及磨损状态研究的装置或是仪器。

现阶段关于刀具的切削性能及磨损状态的研究方法有很多，主要是在现有机床的基础上自行设计实验装置，通过热电偶、测力仪、功率传感器、声发射传感器等设备在线检测机械加工过程中的温度、力、功率、声发射等物理信号，再通过电子显微镜离线观测刀具的磨损形态和磨损量，将这些物理量中的关键点相互对应或与实验参数相关联，从而进行机理分析、工艺优化等研究。此外，在磨削研究方面，由于砂轮是由磨粒组成这一特点，很多学者从单颗磨粒的角度入手来研究磨削机理，将砂轮的宏观特性看作是大量磨粒微观特性的集成，从而揭示磨削过程中的各种物理现象。但是单颗磨粒尺寸较小，观察与实验极为不便，因此目前的单颗磨粒切削实验或是划痕试验机仅能针对大粒度磨粒，并且实验速度远远低于实际的单颗磨粒切削速度，不能有效模拟磨削过程中磨粒与工件的相互作用。

基于目前常用的几种依托成型机床的自定义实验装置的组合形式，并综合考虑能够准确反映刀具-工件的切削特征的主要物理量，本发明提供一种刀具切削以及磨削测试仪，这里的刀具不仅包括普通车刀，还包括特制的单颗磨粒刀具以及砂轮，可用来研究以上三种刀具与不同工件的加工特性，为深入理解切削以及磨削机理提供专门的实验设备。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种测量精确、通用性好的刀具切削以及磨削测试仪。

根据本发明实施例的刀具切削以及磨削测试仪包括：刀具运动系统，包括水平驱动装置、旋转驱动装置以及用于夹持刀具的刀具夹持件，所述水平驱动装置与所述刀具夹持件连接以驱动所述刀具夹持件沿水平方向移动，所述旋转驱动装置与所述刀具夹持件连接；工件运动系统，包括竖直驱动装置、摆动驱动装置以及用于驱动工件回转运动的主轴装置，所述竖直驱动装置与所述摆动驱动装置可枢转地连接并驱动所述摆动驱动装置沿竖直方向移动，所述摆动驱动装置与所述主轴装置连接以驱动所述主轴装置相对竖直驱动装置摆动以改变工件的切削深度；传感检测系统，包括用于检测刀具夹持件水平移动的第一直线位移传感器、用于检测主轴装置竖直移动的第二直线位移传感器、用于检测刀具温度的温度传感器、用于检测刀具与工件接触所产生的声发射信号的声发射传感器、用于检测刀具的受力状况的测力传感器以及用于检测工件以及刀具磨损状况的图像传感器；电路控制系统，所述电路控制系统与所述水平驱动装置以及竖直驱动装置连接以控制其启动和停止，所述电路控制系统与所述传感检测系统连接以控制所述传感检测系统的启动和停止，所述电路控制系统具有人机交互界面以至少输入指令和输出检测结果。

根据本发明实施例的刀具切削以及磨削测试仪测量精确、通用性好。

优选地，所述旋转驱动装置为第一电机，所述刀具夹持件为转盘，多个刀具沿所述刀具夹持件的周向设置，每个所述刀具包括刀具基体以及安装在所述刀具基体上的刀头或磨粒，所述第一电机的输出端与所述转盘连接以切换刀具。

优选地，所述传感检测系统还包括用于检测转盘转动角度的角度传感器。

优选地，所述旋转驱动装置为第二电机，所述刀具夹持件为法兰，所述刀具为砂轮，所述第二电机与所述法兰连接以驱动所述砂轮转动。

优选地，所述主轴装置包括：高速电主轴，所述高速电主轴包括第三电机以及主轴；液压驱动件，所述液压驱动件与所述主轴连接；工件夹持件，所述液压驱动件与所述工件夹持件连接以驱动所述工件夹持件夹紧或松开所述工件。