一种高速切削原位成像实验系统技术方案

本发明专利技术属于切削成像相关技术领域，并公开了一种高速切削原位成像实验系统。该系统包括高压气源单元、信号触发单元、切削单元、能量吸收单元、刀具控制单元和成像单元，其中：高压气源单元同时与切削单元和能量吸收单元连接，用于为二者提供高压气源；信号触发单元与高压气源单元连接，用于接收来自高压气源单元的信号并触发成像单元；切削单元和能量吸收单元连接，用于控制待加工工件的移动；能量吸收单元用于吸收来自切削单元的能量；刀具控制单元设置在切削单元的上方，用于控制刀具的运动；成像单元用于拍摄切削过程。通过本发明专利技术，解决切削实验系统的高速切削和成像问题。削实验系统的高速切削和成像问题。削实验系统的高速切削和成像问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高速切削原位成像实验系统


[0001]本专利技术属于切削成像相关
，更具体地，涉及一种高速切削原位成像实验系统。

技术介绍

[0002]随着机床加工速度的提高和先进刀具的快速发展，高速切削技术开始在航空航天，国防工业和汽车制造等领域获得应用。然而对高速切削过程的理论解释尚未成熟，高速切削不同于普通切削，在高应变率下材料动态力学性能会发生剧烈变化，切屑形态和表面质量也会变化。对高速下的切削情况进行可靠预测，进一步可对切削参数进行优化，提高加工效率和加工质量，实现低耗能加工，有助于指导高速加工机床和加工刀具的设计。
[0003]然而当前大部分实验在车床上进行，线速度正常情况下最多达到5m/s。或在铣床上进行，如山东大学机械工程学院的王兵等人使用大直径的铣刀，以提高切削速度，通过收集切屑，对切屑研究以反推加工过程中的物理量，无法直接获取切削瞬间的图像，还原真实加工过程。
[0004]随着成像技术的快速发展，高速相机的帧率显著提高，双帧相机的帧间距显著下降，图像质量也获得提高，逐渐能满足对高速切削试验的过程捕获。同时计算机计算能力迅速提升和图像处理算法的迅猛发展，对试验获得的图像处理能力相应提升，为研究人员通过图像技术研究切削过程提供了新方法。
[0005]早期研究人员使用在工件上冲网格的办法对切削变形区域进行研究，但是此方法缺点明显：网格划分尺寸难以精细，且制作困难，精度较低等。也有研究人员设计快速落刀装置保留切削过程的某一瞬态，但是此方法同样无法捕捉动态切削过程。近年来针对高速捕捉的双帧相机技术快速提升，图像处理算法发展，国内外研究人员普遍开始使用双帧相机捕捉高速切削图像，并使用DIC(数字图像相关)算法对图像进行处理和研究。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种高速切削原位成像实验系统，解决切削实验系统的高速切削和成像问题。
[0007]为实现上述目的，按照本专利技术，提供了一种高速切削原位成像实验系统，该系统包括高压气源单元、信号触发单元、切削单元、能量吸收单元、刀具控制单元和成像单元，其中：
[0008]所述高压气源单元同时与所述切削单元和能量吸收单元连接，用于为二者提供高压气源；所述信号触发单元与所述高压气源单元连接，用于接收来自高压气源单元的信号并触发所述成像单元；所述切削单元和所述能量吸收单元连接，用于控制待加工工件的移动；所述能量吸收单元用于吸收来自所述切削单元的能量；所述刀具控制单元设置在所述切削单元的上方，用于控制刀具的运动；所述成像单元设置在所述切削单元和刀具控制单元的上方，用于拍摄切削过程；
[0009]所述高压气源单元中设置有高压气管和设置在该高压气管中的高速子弹，当所述高压气管中充满高压气体时，所述高速子弹在高压气体的作用下朝该高压气管的出口端运动；所述切削单元包括滑槽和滑块，所述滑槽的一端与所述高压气管相接，另一端预设所述能量吸收单元相接；所述滑块设置在所述滑槽中，待加工工件固定在所述滑块上，所述高速子弹冲击所述滑块在所述滑槽内运动，带动待加工工件相对于刀具运动，以此实现待加工工件的切削，所述滑块在滑槽的末端与所述能量吸收单元接触，以此吸收该滑块运动的能量。
[0010]进一步优选地，所述滑块的上端设置有凸台，该凸台上设置有凹槽，用于放置待加工工件，所述凸台上还是有安装孔，用于锁紧待加工工件。
[0011]进一步优选地，所述滑块上设置有减重孔，用于减轻所述滑块的重量。
[0012]进一步优选地，所述刀具控制单元包括伺服电机、滑台、三维测力仪和夹具，所述夹具用于夹持所述刀具，所述三维测力仪用于测量所述刀具受到的力，所述滑台用于控制所述刀具上下运动，所述伺服电机用于驱动所述滑台。
[0013]进一步优选地，所述能量吸收单元上设置有回缩杆，该回缩杆设置在所述滑槽的末端。
[0014]进一步优选地，所述成像单元包括双帧相机和双脉冲激光，所述双脉冲激光用于在所述双帧相机拍摄时提供激光。所述双帧相机用于拍摄整个切削过程。
[0015]进一步优选地，所述信号触发单元包括光触发器和信号发生器，所述光触发器触设置在所述高压气管的出口处，当所述高速子弹运动至所述高压气管出口时，所述光触发器触发并将信号传递给所述信号发生器，当所述信号发生器与所述成像单元连接，用于发出信号控制所述成像单元开启。
[0016]进一步优选地，所述光触发器还设置在能量吸收单元的顶端，当所述滑块接触到所述能量吸收单元时，所述光触发器发出信号给所述刀具控制单元，使得刀具控制单元控制刀具抬起。
[0017]进一步优选地，所述高速子弹呈圆柱形，其中心设置有减重孔，用于减轻该高速子弹的重量。
[0018]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具备下列有益效果：
[0019]1.本专利技术中采用高压气源触发高速子弹，然后带动滑块运动，通过滑块的运动带动待加工工件运动，待加工工件相对于刀具的运动速度可达60m/s，实现在实验装置中的高速切削过程，从普通机床切削实验最大5m/s到本专利技术60m/s，提升约为一个数量级，对切削过程应变率提升明显。对研究高速切削领域的研究人员具有重要意义；
[0020]2.本专利技术中通过采用采用双帧相机拍摄高速切削过程，快速且连续的捕捉到待加工工件的切削过程，相比与现有技术中采用的普通相机捕捉的图像，其不需要将工件进行网格划分，即可获得前后时间间隔较短的两个点的图像；
[0021]3.本专利技术整体的结构简单，利用高速子弹的运动触发整个系统的运动，实验装置结构简单，操作便捷，能快速简单的达到实验目的。
附图说明
[0022]图1是按照本专利技术的优选实施例所构建的高速切削原位成像实验系统的结构示意图；
[0023]图2是按照本专利技术的优选实施例所构建的滑块的结构示意图；
[0024]图3是按照本专利技术的优选实施例所构建的滑块另一个视角的结构示意图；
[0025]图4是按照本专利技术的优选实施例所构建的高速子弹的结构示意图。
[0026]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
[0027]1‑
高压气源单元，2
‑
伺服电机，3
‑
滑台，4
‑
三维测力仪，5
‑
能量吸收单元，6
‑
高压气管，7
‑
高速子弹，8
‑
滑块，9
‑
滑槽，10
‑
待加工工件，11
‑
刀具，12
‑
回缩杆，13
‑
安装孔，14
‑
凹槽，15
‑
减重孔。
具体实施方式
[0028]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速切削原位成像实验系统，其特征在于，该系统包括高压气源单元(1)、信号触发单元、切削单元、能量吸收单元(5)、刀具控制单元和成像单元，其中：所述高压气源单元(1)同时与所述切削单元和能量吸收单元(5)连接，用于为二者提供高压气源；所述信号触发单元与所述高压气源单元连接，用于接收来自高压气源单元的信号并触发所述成像单元；所述切削单元和所述能量吸收单元连接，用于控制待加工工件的移动；所述能量吸收单元用于吸收来自所述切削单元的能量；所述刀具控制单元设置在所述切削单元的上方，用于控制刀具的运动；所述成像单元设置在所述切削单元和刀具控制单元的上方，用于拍摄切削过程；所述高压气源单元(1)中设置有高压气管(6)和设置在该高压气管中的高速子弹(7)，当所述高压气管(6)中充满高压气体时，所述高速子弹(7)在高压气体的作用下朝该高压气管的出口端运动；所述切削单元包括滑槽(9)和滑块(8)，所述滑槽(9)的一端与所述高压气管相接，另一端预设所述能量吸收单元相接；所述滑块(8)设置在所述滑槽中，待加工工件固定在所述滑块上，所述高速子弹冲击所述滑块在所述滑槽内运动，带动待加工工件相对于刀具运动，以此实现待加工工件的切削，所述滑块在滑槽(9)的末端与所述能量吸收单元(5)接触，以此吸收该滑块运动的能量。2.如权利要求1所述的一种高速切削原位成像实验系统，其特征在于，所述滑块(8)的上端设置有凸台，该凸台上设置有凹槽(14)，用于放置待加工工件，所述凸台上还是有安装孔(13)，用于锁紧待加工工件。3.如权利要求1或2所述的一种高速切削原位成像实验系统，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小明，聂广超，李成飞，杨政彦，张东，赵爽，丁汉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：