[发明专利]一种可调参数的直角与斜角切削试验装置的切削方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种直角切削与斜角切削试验的方法和设备，用于进行金属与复合材料等的切削试验研究。

背景技术

在航空航天、汽车、船舶等领域，切削加工如铣削、车削、钻削等占据了所有加工形式的很大比重，切削加工的对象多以金属与复合材料为主，然而零件常常因加工质量不合格导致报废，其原因除人为操作不当等因素外，主要集中在刀具质量不过关、刀具性能欠佳、工艺参数选择不合理等。目前国内外许多学者针对以上问题做了大量研究，改进刀具材料、设计新型刀具、优化加工工艺参数，所有的这些工作都是建立在对切削机理的深入研究之上。切削试验是研究切削机理的最直接方法，能够比较真实地还原实际加工时的状态，在所有切削试验研究中，直角切削与斜角切削作为最基本的切削形式历来为研究人员所重视，几乎所有刀具在加工零件时，切削刃所进行的切削均可直接或间接地转化成直角切削与斜角切削。

目前国外如美国卫奇塔大学、澳大利亚悉尼大学，国内如北京航空航天大学、河南农业大学等高校均进行了切削机理的试验研究，卫奇塔大学和悉尼大学利用数控机床和自制刀具进行了复合材料直角切削试验，并未涉及专用切削试验设备，且未见相关专利发表；北京航空航天大学利用自制试验设备进行了高速切削试验来分析切削机理，其涉及的试验设备功能单一，无法进行斜角切削，且切削参数不可调节。

专利CN101126703A针对现有研究金属直角切削过程中切屑形成方法的不足，提供了一种简单方便、通用性强的研究金属直角切削切屑形成的方法，此方法可用于车削加工和铣削加工；该专利仅适用于研究直角切削过程中的切屑形成，不具备金属与复合材料的切削机理研究的一般性，同时该试验装置也无法完成斜角切削。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种可调参数的直角与斜角切削试验装置及其切削方法，能够实现切削深度、切削速度、刃倾角等切削参数的准确调节，配合测力仪与高速摄像机，记录切削过程中的力的变化和材料变形与失效趋势等动态过程，从而为切削机理的研究提供支撑。

技术方案

一种可调参数的直角与斜角切削试验装置，其特征在于包括试验台架、驱动电机、减速器、导轨、丝杠、螺母座、试验台、试验件夹具、刀具支架、刀具夹持与调节装置和刀具；驱动电机和减速器与试验台架固连，驱动电机通过减速器驱动丝杠，从而带动试验台在导轨上运动；刀具支架固定在试验台架上，刀具支架通过轴承和刀具夹持与调节装置相连；刀具夹持与调节装置包括刀具夹持套筒、角度调节盘和切深调节钮，切深调节钮和角度调节盘位于刀具夹持套筒上部，刀具夹持套筒外侧装有夹紧卡头，刀具与刀具夹持套筒间隙配合，试验件夹具安装在试验台上。

还包括测力仪，所述的测力仪固定在试验台上。

还包括高速摄像机，所述的高速摄像机固定在刀具支架上。

一种使用所述的试验装置进行的切削方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将试验件置于夹具上，所述的试验件厚度为5mm～10mm、长度为100mm～150mm、高度为50mm～60mm，保持试验件底部与试验台紧密接触，使用螺栓将试验件固定，确保在试验进行时夹具与试验件不发生相对移动；

步骤2：将刀具插入套筒使刀柄上端部与套筒内精密丝杠下端面紧密贴合；

步骤3：旋转切深调节钮，调节刀具插入套筒深度0～1mm，然后锁紧套筒上的两个夹紧卡头，最后反向旋转切深调节钮，使精密丝杠与刀柄分离以保护丝杠；

步骤4：进行直角切削试验时，旋转角度调节盘，将上侧与下侧的零刻度对齐，锁紧固定卡头；进行斜角切削试验时，旋转角度调节盘-60°～60°，使得刻度与刃倾角值相等，锁紧调节盘上的夹紧卡头；

步骤5：通过改变驱动电机的旋转速度，来调节试验件相对于刀具的运动速度，实现不同切削速度的调节；

步骤6：在完成试验件与刀具装夹和切削参数调整之后，启动驱动电机开始进行切削试验。

有益效果

本发明提出的一种可调参数的直角与斜角切削试验装置及其切削方法，利用本发明的切削试验方法和装置，能够实现金属与复合材料等试验件的直角切削和斜角切削，且能够精确调节切削深度和刃倾角；试验台上装有测力仪等测量设备，刀具支架处装有高速摄像机，可以监测切削过程中切削力的变化和实时切削变形状态。

附图说明

图1是切削试验台整体示意图

图2是切削试验台正视图

图3是切削深度与刃倾角调节装置

图4是进行直角切削试验示意图