超高轉速切削三維動態力測試平臺的製作方法
2023-11-05 13:02:07 4
專利名稱：超高轉速切削三維動態力測試平臺的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種切削力測試裝置，特別涉及一種具有高固有頻率的整體式高頻響超高轉速切削三維動態力測試平臺。
背景技術：
切削力信號是切削過程中的重要狀態參數，切削力信號的檢測是目前國內外研究與應用最多的切削過程監測方法之一。隨著超高速切削技術、尤其是基於高頻電主軸的超高轉速銑削技術的快速發展，超高轉速切削加工的切削學行為得到了人們越來越多的關注。超高轉速切削力信號的準確獲取是研究超高速切削變形、切削摩擦等問題的基礎實驗保障條件，是建立超高速切削方程所必需的關鍵環節。但是，在超高轉速切削時，切削力呈現高頻間斷性，工具機和測力系統在切削力的高頻間斷的激勵下，加工系統的主要低階模態相互混合，所測得的力信號受到結構自身振動模態的強烈幹擾。目前已有的切削測力儀，絕大多數固有頻率在1 5KHz之內，且在安裝刀具或零件後，測力系統的固有頻率會進一步下降，無法滿足超高轉速切削時衝擊頻率為0. 5 3KHz的銑削力信號的準確測量。此外，超高轉速切削時的振動非線性幹擾強烈，獲取準確的超高轉速切削力信號極其困難，這給研究超高轉速切削時的材料變形機理、超高轉速切削摩擦學等帶來了極大的挑戰。基於上述分析，本發明人針對現有超高轉速切削時的切削力高頻衝擊與振動非線性幹擾問題，試圖提出解決方案，本案由此產生。
發明內容
本發明所要解決的技術問題，是針對前述背景技術中的缺陷和不足，提供一種超高轉速切削三維動態力測試平臺，其可滿足超高轉速銑削、鑽削以及磨削時切削力信號測量的要求，實現超高轉速切削時三維動態力的準確測量。本發明為解決以上技術問題，所採用的技術方案是
一種超高轉速切削三維動態力測試平臺，包括待切削結構、4個電阻應變片組以及一體成型的上表面平臺、彈性柱體、8個彈性厚片、4個彈性薄片、支撐基座，其中，彈性柱體位於支撐基座上；8個彈性厚片兩兩一組，4個彈性薄片與4組彈性厚片一一對應，所述彈性薄片的兩端分別連接每組中兩個彈性厚片的一端，構成4個彈性組，且所述4個彈性組分別位於彈性柱體的四周，各彈性組中兩個彈性厚片的另一端分別連接支撐基座和上表面平臺；所述上表面平臺設於彈性柱體及彈性組的上方，並與彈性柱體連接；待切削結構設於上表面平臺上；4個電阻應變片組分別固定於4個彈性薄片的中間位置。上述彈性柱體位於支撐基座的中心，且為正四稜柱結構。上述待切削結構與上表面平臺為一體成型或機械聯結。上述彈性薄片、彈性厚片、彈性柱體的剛度比值是1 :5 30 30 100。採用上述方案後，本發明通過優化布局各構件，與現有結構相比具有以下優點(1)本發明具有高的固有頻率。現有測力產品絕大多數固有頻率在1 5KHz之內，且在安裝刀具或工件後，測力系統的固有頻率會進一步下降。此外，有些壓電式測力元件固有頻率高達90KHz，但在配置工裝和裝夾工件後，整個測力系統固有頻率僅能達到5 6KHz。 本發明採用集工件、測力元件於一體的整體式結構，固有頻率可穩定在6 ΙΟΚΗζ，完全能夠滿足超高轉速切削測力要求；
(2)本發明具有較低的成本。現有能夠滿足切削加工測試的商品化測力產品普遍價格昂貴，價格在幾萬元至幾十萬元之間不等。本發明成本僅包括被加工材料費用、加工費、電阻應變片組費等，成本在千元以內。(3)本發明通過改變待切削結構尺寸，除可滿足超高轉速銑削外，還可滿足超高轉速鑽削、超高轉速磨削等切削力測試要求；
(4)本發明結構簡單，工作可靠，可將頂端待切削結構做成分體式，從而重複使用。
圖1是本發明的立體結構示意圖。
具體實施例方式以下將結合附圖對本發明的結構及工作過程進行詳細說明。如圖1所示，本發明提供一種超高轉速切削三維動態力測試平臺，其是一種由被加工材料塊狀毛坯直接加工出的並貼有電阻應變片組的整體式結構，包括待切削結構1、上表面平臺2、彈性柱體3、彈性厚片4、彈性薄片5、電阻應變片組6和支撐基座7，其中，支撐基座7位於最底部，起到支撐作用；彈性柱體3位於支撐底座7上，在本實施例中，彈性柱體 3位於支撐底座7的中心，且考慮到加工成本，採用正四稜柱結構；彈性厚片4設計為8個， 其中，兩個彈性厚片4設為一組，分別位於彈性柱體3的四周，而且彈性薄片5設計為4個， 分別與4組彈性厚片4相配合，也分別位於彈性柱體3的四周，其中，在每組彈性厚片4中， 其中一個的一端與支撐基座7連接，另一端與彈性薄片5的一端連接，而該彈性薄片5的另一端連接另一個彈性厚片4的一端，而該另一個彈性厚片4的另一端則連接上方的上表面平臺2 ；上表面平臺2位於彈性柱體3、彈性厚片4的上方，並與彈性柱體3連接，從而使得彈性柱體3、彈性厚片4間接連接；待切削結構1為長條狀，設於上表面平臺2上，其可以與其它結構一體成型，也可以設計為分體式，通過機械聯結方式固定於上表面平臺2上；電阻應變片組6設計為4組，與彈性薄片5的數目相同，並一一對應地固定於各彈性薄片5的中間位置。需要說明的是，前述彈性薄片5、彈性厚片4、彈性柱體3的剛度比值是1 :5 30 30 100，此處的剛度主要包含拉壓剛度、剪切剛度、扭轉剛度以及抗彎剛度。實際工作時，利用支撐基座7將本發明固定於超高速加工中心工作檯上，進行超高轉速切削加工時，刀具切入待切削結構1，通過測量4組電阻應變片組6輸出的受拉、壓或扭轉作用而產生的應變信號，並藉助具有數據轉換功能的測量系統，獲得精確的三維切削力(Fx，Fy，Fz)信號。綜上所述，本發明一種超高轉速切削三維動態力測試平臺，重點在於利用塊狀毛坯一體成型剛度不同的彈性柱體3、彈性厚片4和彈性薄片5，這樣在受力時會有不同的彈性變形響應，通過設置彈性厚片4和彈性薄片5的剛度比值，並調整彈性薄片5上電阻應變
片組6的排布，從而實現超高轉速切削三維動態切削力的準確測量。 以上實施例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護範圍，凡是
按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明保護範圍之內。
權利要求
1.一種超高轉速切削三維動態力測試平臺，其特徵在於包括待切削結構、4個電阻應變片組以及一體成型的上表面平臺、彈性柱體、8個彈性厚片、4個彈性薄片、支撐基座，其中，彈性柱體位於支撐基座上；8個彈性厚片兩兩一組，4個彈性薄片與4組彈性厚片一一對應，所述彈性薄片的兩端分別連接每組中兩個彈性厚片的一端，構成4個彈性組，且所述4 個彈性組分別位於彈性柱體的四周，各彈性組中兩個彈性厚片的另一端分別連接支撐基座和上表面平臺；所述上表面平臺設於彈性柱體及彈性組的上方，並與彈性柱體連接；待切削結構設於上表面平臺上；4個電阻應變片組分別固定於4個彈性薄片的中間位置。
2.如權利要求1所述的超高轉速切削三維動態力測試平臺，其特徵在於所述彈性柱體位於支撐基座的中心，且為正四稜柱結構。
3.如權利要求1所述的超高轉速切削三維動態力測試平臺，其特徵在於所述待切削結構與上表面平臺為一體成型或機械聯結。
4.如權利要求1所述的超高轉速切削三維動態力測試平臺，其特徵在於所述彈性薄片、彈性厚片、彈性柱體的剛度比值是1 :5 30 30 100。
全文摘要
本發明公開一種超高轉速切削三維動態力測試平臺，包括待切削結構、4個電阻應變片組以及一體成型的上表面平臺、彈性柱體、8個彈性厚片、4個彈性薄片、支撐基座；彈性柱體位於支撐基座上；8個彈性厚片兩兩一組，4個彈性薄片與4組彈性厚片一一對應，彈性薄片的兩端分別連接每組中兩個彈性厚片的一端，構成4個彈性組，且4個彈性組分別位於彈性柱體的四周，各彈性組中兩個彈性厚片的另一端分別連接支撐基座和上表面平臺；上表面平臺設於彈性柱體及彈性組的上方，並與彈性柱體連接；待切削結構設於上表面平臺上；電阻應變片組分別固定於4個彈性薄片的中間位置。此種測試平臺可滿足超高轉速切削力信號測量的要求，實現三維動態力的準確測量。
文檔編號B23Q17/09GK102267069SQ20111011608
公開日2011年12月7日 申請日期2011年5月6日 優先權日2011年5月6日
發明者何寧, 孫永華, 李亮, 楊吟飛, 趙威 申請人:南京航空航天大學