一种圆盘刀超声切割锋利度检测方法及检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种圆盘刀超声切割锋利度检测方法及检测装置，通过记录圆盘刀切割被切割材料前后的小楔角刃口半径计算圆盘刀刃口切割衰减系数，通过建立圆盘刀在X轴和Y轴上进行移动切割被切割材料的受力大小与受力时间的变化曲线，将圆盘刀切割被切割材料的过程分为三个阶段，再根据圆盘刀在三个阶段做出的功、切割前后的小楔角刃口半径、切割的时间、切割的长度以及切割过程竖直方向振动功、超声振动频率、被切割材料的硬度和断裂韧性计算出圆盘刀的超声切割锋利度，提高圆盘刀的超声切割测试的准确性，更能真实反映超声振动工况下圆盘刀的超声切割锋利度。盘刀的超声切割锋利度。盘刀的超声切割锋利度。

【技术实现步骤摘要】
一种圆盘刀超声切割锋利度检测方法及检测装置


[0001]本专利技术涉及圆盘刀加工
，具体涉及一种圆盘刀超声切割锋利度检测方法及检测装置。

技术介绍

[0002]蜂窝复合材料被广泛应用于航空航天行业中，该材料优点明显同时具有优良的力学性能和电磁性能，但是需要很高的加工要求。对于蜂窝材料的加工必须使用专用的刀具，圆盘刀边缘具有小楔角的锋利刃口，可以实现对该材料的加工。圆盘刀在高速切削中会产生刮屑或粘屑的现象，并随着刀具锋利度的下降，切削性能明显减弱，加工质量也随之降低。若要得到加工质量优良，尺寸精度稳定的产品，超声刀具的切削刃需要足够锋利。因此对超声圆盘刀的锋利度测试就极为重要。
[0003]目前对刀具锋利度的测试主要是在无超声工况且静态切割过程中进行测试，而圆盘刀的加工是进给运动、高频振动和高速旋转运动的复杂运动，切削机理以及刀具失效等方式相比静态切割已经产生重大变化。根据连续弹性体动力分析理论，在无超声切削加工中切削力一直静态作用在工件上，使得被加工材料在切应力的作用下产生裂纹并扩展直至断裂，而超声振动切削中，破坏过程不单靠静态切割切削材料，更主要的是在超声振动中产生的垂直于静态力方向的动态切削力，使实际瞬间切削速度增大，从而减小切削点周边的抵抗变形，使得作用力更加集中于切削点，因此传统单一的锋利度测试装置和方法无法真实反映超声振动工况下圆盘刀的超声切割锋利度。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术要解决的技术问题在于现有技术中的圆盘刀锋利度测试装置和测试方法无法真实反映超声振动工况下圆盘刀的超声切割锋利度的缺陷，从而提供一种圆盘刀超声切割锋利度检测方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种圆盘刀超声切割锋利度检测方法，包括以下步骤：
[0007]在圆盘刀切割被切割材料的过程中，驱动圆盘刀以旋转速度n、进给速度V、超声振幅Ap和超声振动频率γ匀速切割被切割材料；记录圆盘刀切割前的小楔角刃口半径R1和切割后的小楔角刃口半径R2；
[0008]在切割过程中，实时测量圆盘刀的受力大小F；根据圆盘刀在X轴方向上受力大小Fx和时间t的关系建立Fx
‑
t的变化曲线，根据圆盘刀在Y轴方向上受力大小Fy和时间t的关系建立Fy
‑
t的变化曲线；根据圆盘刀在Z轴方向上受力大小Fz和时间t的关系建立Fz
‑
t的变化曲线；
[0009]根据Fx
‑
t的变化曲线、Fy
‑
t的变化曲线和Fz
‑
t的变化曲线，将圆盘刀切割过程分为切入阶段、稳定切割阶段和切出阶段，并分别计算切入功W1、稳定切割功W2、切出功W3、竖直方向振动功W4；
[0010]根据圆盘刀切割前的小楔角刃口半径R1、圆盘刀切割后的小楔角刃口半径R2、切入功W1、稳定切割功W2、切出功W3、竖直方向振动功W4、各切割阶段的时间t、各切割阶段的切割长度L，计算圆盘刀的超声切割锋利度，计算公式为：
[0011][0012]其中，f为圆盘刀的超声切割锋利度，G为被切割材料的断裂韧性，t1为从开始切割到切入阶段结束的时间，t2为从开始切割到稳定切割阶段结束的时间，t3为从开始切割到切出阶段结束的时间，L1为切入阶段的切割长度，L2为稳定切割阶段的切割长度，L3为切出入阶段的切割长度，γ为超声振动频率，H为被切割材料的邵氏硬度。
[0013]进一步地，所述切入功W1的计算方法为：
[0014][0015]因为
[0016]所以切入功
[0017]所述稳定切割功W2的计算方法为：
[0018]所述切出功W3的计算方法为：
[0019]所述竖直方向振动功W4的计算方法为：
[0020][0021]因为S为沿Z方向的位移函数，S＝Ap*Sin(t)，
[0022]所以竖直方向振动功
[0023]其中，F为圆盘刀的受力大小，Fx为圆盘刀在X轴方向的受力大小，Fy为圆盘刀在Y轴方向的受力大小；V为圆盘刀的进给速度，Vx为圆盘刀在X轴方向的进给速度。
[0024]进一步地，采集切割过程的图像，获取所述切入阶段、稳定切割阶段和切出阶段的时间点，所述切入阶段的起始时间点为圆盘刀与被切割材料接触的时间点，所述切入阶段的结束时间点为圆盘刀切入被切割材料的切深达到预设值的时间点；所述稳定切割阶段的起始时间点为所述切入阶段的结束时间点，所述稳定切割阶段的结束时间点为圆盘刀沿切割方向开始从被切割材料切出的时间点；所述切出阶段的起始时间点为所述稳定切割阶段的结束时间点，所述切出阶段的结束时间点为Fx和Fy减小为零的时间点。
[0025]进一步地，所述圆盘刀以旋转速度n为800
‑
3000转/分钟，所述圆盘刀的进给速度V为3000
‑
10000mm/min，超声振幅Ap为20
‑
30微米，超声振动频率γ为20
‑
30KHz。
[0026]进一步地，一种采用上述任意一项所述的圆盘刀超声切割锋利度检测方法的圆盘刀超声切割锋利度检测装置，所述圆盘刀超声切割锋利度测量装置包括装载台及安装于所
述装载台上的圆盘刀运动机构、圆盘刀夹持机构、被切割材料运动机构、被切割材料夹持机构、工业摄像机及控制终端，所述圆盘刀运动机构能够驱动所述圆盘刀夹持机构沿Z轴方向运动，所述圆盘刀夹持机构上安装有圆盘刀并能够驱动所述圆盘刀转动，所述圆盘刀夹持机构设有超声发生装置，所述超声发生装置能够驱动所述圆盘刀振动，所述被切割材料运动机构能够驱动所述被切割材料夹持机构沿X轴和Y轴方向运动，所述被切割材料夹持机构设有测力仪，所述被切割材料夹持机构用于夹持被切割材料并通过所述测力仪测量所述被切割材料被所述圆盘刀切割时的切割力，所述工业摄像机用于记录切割过程图像，所述控制终端与所述测力仪及工业摄像机信号连接并用于根据所述切割力确定所述圆盘刀的超声切割锋利度。
[0027]进一步地，所述圆盘刀运动机构包括安装于所述装载台上的所述升降驱动件、与所述升降驱动件的驱动杆连接的升降丝杆，所述圆盘刀夹持机构通过滑块设置于所述升降丝杆上，以沿所述升降丝杆进行Z轴方向移动。
[0028]进一步地，所述圆盘刀夹持机构包括连接于所述滑块上的转动电机、与所述转动电机的转动轴连接的超声刀柄，所述超声发生装置设于所述超声刀柄，所述圆盘刀可拆卸安装于所述超声刀柄上，所述转动电机适于驱动所述圆盘刀进行高速转动。
[0029]进一步地，所述被切割材料运动机构包括安装于所述装载台上的X轴驱动杆和移动安装于所述X轴驱动杆上的Y轴驱动杆，所述Y轴驱动杆上安装有被切割材料夹持机构。
[0030]进一步地，所述被切割材料夹持机构包括安装于所述Y轴驱动杆上的固定座、转动安装于所述固定座上的转动座和安装于所述转动座上的转盘，所述测力仪安装于所述转盘上。
[0031]进一步地，所述固定座上设置有适于驱动所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种圆盘刀超声切割锋利度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：在圆盘刀切割被切割材料的过程中，驱动圆盘刀以旋转速度n、进给速度V、超声振幅Ap和超声振动频率γ匀速切割被切割材料；记录圆盘刀切割前的小楔角刃口半径R1和切割后的小楔角刃口半径R2；在切割过程中，实时测量圆盘刀的受力大小F；根据圆盘刀在X轴方向上受力大小Fx和时间t的关系建立Fx
‑
t的变化曲线，根据圆盘刀在Y轴方向上受力大小Fy和时间t的关系建立Fy
‑
t的变化曲线；根据圆盘刀在Z轴方向上受力大小Fz和时间t的关系建立Fz
‑
t的变化曲线；根据Fx
‑
t的变化曲线、Fy
‑
t的变化曲线和Fz
‑
t的变化曲线，将圆盘刀切割过程分为切入阶段、稳定切割阶段和切出阶段，并分别计算切入功W1、稳定切割功W2、切出功W3、竖直方向振动功W4；根据圆盘刀切割前的小楔角刃口半径R1、圆盘刀切割后的小楔角刃口半径R2、切入功W1、稳定切割功W2、切出功W3、竖直方向振动功W4、各切割阶段的时间t、各切割阶段的切割长度L，计算圆盘刀的超声切割锋利度，计算公式为：其中，f为圆盘刀的超声切割锋利度，G为被切割材料的断裂韧性，t1为从开始切割到切入阶段结束的时间，t2为从开始切割到稳定切割阶段结束的时间，t3为从开始切割到切出阶段结束的时间，L1为切入阶段的切割长度，L2为稳定切割阶段的切割长度，L3为切出阶段的切割长度，γ为超声振动频率，H为被切割材料的邵氏硬度。2.根据权利要求1所述的圆盘刀超声切割锋利度检测方法，其特征在于，所述切入功W1的计算方法为：所以切入功所述稳定切割功W2的计算方法为：所述切出功W3的计算方法为：所述竖直方向振动功W4的计算方法为：其中，F为圆盘刀的受力大小，Fx为圆盘刀在X轴方向的受力大小，Fy为圆盘刀在Y轴方向的受力大小；V为圆盘刀的进给速度，Vx为圆盘刀在X轴方向的进给速度。3.根据权利要求1所述的圆盘刀超声切割锋利度检测方法，其特征在于，采集切割过程的图像，获取所述切入阶段、稳定切割阶段和切出阶段的时间点，所述切入阶段的起始时间点为圆盘刀与被切割材料接触的时间点，所述切入阶段的结束时间点为圆盘刀切入被切割材料的切深达到预设值的时间点；所述稳定切割阶段的起始时间点为所述切入阶段的结束时间点，所述稳定切割阶段的结束时间点为圆盘刀沿切割方向开始从被切割材料切出的时间点；所述切出阶段的起始时间点为所述稳定切割阶段的结束时间点，所述切出阶段的结束时间点为Fx和Fy减小为零的时间点。
4.根据权利要求1所述的圆盘刀超声切割锋利度检测方法，其特征在于，所述圆盘刀以旋转速度n为800
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3000转/分钟，所述圆盘刀的进给速度V为3000
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10000mm/min，超声振幅Ap为20
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30微米，超声振动频率γ为20

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡晓康，刘超，邓泽榕，李虎，姜恩来，林亮亮，龙东洋，洪培强，范超颖，
申请(专利权)人：厦门金鹭特种合金有限公司，
类型：发明
国别省市：