超高转速切削三维动态力测试平台制造技术

本发明专利技术公开一种超高转速切削三维动态力测试平台，包括待切削结构、4个电阻应变片组以及一体成型的上表面平台、弹性柱体、8个弹性厚片、4个弹性薄片、支撑基座；弹性柱体位于支撑基座上；8个弹性厚片两两一组，4个弹性薄片与4组弹性厚片一一对应，弹性薄片的两端分别连接每组中两个弹性厚片的一端，构成4个弹性组，且4个弹性组分别位于弹性柱体的四周，各弹性组中两个弹性厚片的另一端分别连接支撑基座和上表面平台；上表面平台设于弹性柱体及弹性组的上方，并与弹性柱体连接；待切削结构设于上表面平台上；电阻应变片组分别固定于4个弹性薄片的中间位置。此种测试平台可满足超高转速切削力信号测量的要求，实现三维动态力的准确测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种切削力测试装置，特别涉及一种具有高固有频率的整体式高频响超高转速切削三维动态力测试平台。
技术介绍
切削力信号是切削过程中的重要状态参数，切削力信号的检测是目前国内外研究与应用最多的切削过程监测方法之一。随着超高速切削技术、尤其是基于高频电主轴的超高转速铣削技术的快速发展，超高转速切削加工的切削学行为得到了人们越来越多的关注。超高转速切削力信号的准确获取是研究超高速切削变形、切削摩擦等问题的基础实验保障条件，是建立超高速切削方程所必需的关键环节。但是，在超高转速切削时，切削力呈现高频间断性，机床和测力系统在切削力的高频间断的激励下，加工系统的主要低阶模态相互混合，所测得的力信号受到结构自身振动模态的强烈干扰。目前已有的切削测力仪，绝大多数固有频率在1 5KHz之内，且在安装刀具或零件后，测力系统的固有频率会进一步下降，无法满足超高转速切削时冲击频率为0. 5 3KHz的铣削力信号的准确测量。此外，超高转速切削时的振动非线性干扰强烈，获取准确的超高转速切削力信号极其困难，这给研究超高转速切削时的材料变形机理、超高转速切削摩擦学等带来了极大的挑战。基于上述分析，本专利技术人针对现有超高转速切削时的切削力高频冲击与振动非线性干扰问题，试图提出解决方案，本案由此产生。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题，是针对前述
技术介绍
中的缺陷和不足，提供一种超高转速切削三维动态力测试平台，其可满足超高转速铣削、钻削以及磨削时切削力信号测量的要求，实现超高转速切削时三维动态力的准确测量。本专利技术为解决以上技术问题，所采用的技术方案是一种超高转速切削三维动态力测试平台，包括待切削结构、4个电阻应变片组以及一体成型的上表面平台、弹性柱体、8个弹性厚片、4个弹性薄片、支撑基座，其中，弹性柱体位于支撑基座上；8个弹性厚片两两一组，4个弹性薄片与4组弹性厚片一一对应，所述弹性薄片的两端分别连接每组中两个弹性厚片的一端，构成4个弹性组，且所述4个弹性组分别位于弹性柱体的四周，各弹性组中两个弹性厚片的另一端分别连接支撑基座和上表面平台；所述上表面平台设于弹性柱体及弹性组的上方，并与弹性柱体连接；待切削结构设于上表面平台上；4个电阻应变片组分别固定于4个弹性薄片的中间位置。上述弹性柱体位于支撑基座的中心，且为正四棱柱结构。上述待切削结构与上表面平台为一体成型或机械联结。上述弹性薄片、弹性厚片、弹性柱体的刚度比值是1 :5 30 30 100。采用上述方案后，本专利技术通过优化布局各构件，与现有结构相比具有以下优点(1)本专利技术具有高的固有频率。现有测力产品绝大多数固有频率在1 5KHz之内，且在安装刀具或工件后，测力系统的固有频率会进一步下降。此外，有些压电式测力元件固有频率高达90KHz，但在配置工装和装夹工件后，整个测力系统固有频率仅能达到5 6KHz。 本专利技术采用集工件、测力元件于一体的整体式结构，固有频率可稳定在6 ΙΟΚΗζ，完全能够满足超高转速切削测力要求；(2)本专利技术具有较低的成本。现有能够满足切削加工测试的商品化测力产品普遍价格昂贵，价格在几万元至几十万元之间不等。本专利技术成本仅包括被加工材料费用、加工费、电阻应变片组费等，成本在千元以内。(3)本专利技术通过改变待切削结构尺寸，除可满足超高转速铣削外，还可满足超高转速钻削、超高转速磨削等切削力测试要求；(4)本专利技术结构简单，工作可靠，可将顶端待切削结构做成分体式，从而重复使用。附图说明图1是本专利技术的立体结构示意图。 具体实施例方式以下将结合附图对本专利技术的结构及工作过程进行详细说明。如图1所示，本专利技术提供一种超高转速切削三维动态力测试平台，其是一种由被加工材料块状毛坯直接加工出的并贴有电阻应变片组的整体式结构，包括待切削结构1、上表面平台2、弹性柱体3、弹性厚片4、弹性薄片5、电阻应变片组6和支撑基座7，其中，支撑基座7位于最底部，起到支撑作用；弹性柱体3位于支撑底座7上，在本实施例中，弹性柱体 3位于支撑底座7的中心，且考虑到加工成本，采用正四棱柱结构；弹性厚片4设计为8个， 其中，两个弹性厚片4设为一组，分别位于弹性柱体3的四周，而且弹性薄片5设计为4个， 分别与4组弹性厚片4相配合，也分别位于弹性柱体3的四周，其中，在每组弹性厚片4中， 其中一个的一端与支撑基座7连接，另一端与弹性薄片5的一端连接，而该弹性薄片5的另一端连接另一个弹性厚片4的一端，而该另一个弹性厚片4的另一端则连接上方的上表面平台2 ；上表面平台2位于弹性柱体3、弹性厚片4的上方，并与弹性柱体3连接，从而使得弹性柱体3、弹性厚片4间接连接；待切削结构1为长条状，设于上表面平台2上，其可以与其它结构一体成型，也可以设计为分体式，通过机械联结方式固定于上表面平台2上；电阻应变片组6设计为4组，与弹性薄片5的数目相同，并一一对应地固定于各弹性薄片5的中间位置。需要说明的是，前述弹性薄片5、弹性厚片4、弹性柱体3的刚度比值是1 :5 30 30 100，此处的刚度主要包含拉压刚度、剪切刚度、扭转刚度以及抗弯刚度。实际工作时，利用支撑基座7将本专利技术固定于超高速加工中心工作台上，进行超高转速切削加工时，刀具切入待切削结构1，通过测量4组电阻应变片组6输出的受拉、压或扭转作用而产生的应变信号，并借助具有数据转换功能的测量系统，获得精确的三维切削力(Fx，Fy，Fz)信号。综上所述，本专利技术一种超高转速切削三维动态力测试平台，重点在于利用块状毛坯一体成型刚度不同的弹性柱体3、弹性厚片4和弹性薄片5，这样在受力时会有不同的弹性变形响应，通过设置弹性厚片4和弹性薄片5的刚度比值，并调整弹性薄片5上电阻应变片组6的排布，从而实现超高转速切削三维动态切削力的准确测量。 以上实施例仅为说明本专利技术的技术思想，不能以此限定本专利技术的保护范围，凡是按照本专利技术提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本专利技术保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种超高转速切削三维动态力测试平台，其特征在于：包括待切削结构、４个电阻应变片组以及一体成型的上表面平台、弹性柱体、８个弹性厚片、４个弹性薄片、支撑基座，其中，弹性柱体位于支撑基座上；８个弹性厚片两两一组，４个弹性薄片与４组弹性厚片一一对应，所述弹性薄片的两端分别连接每组中两个弹性厚片的一端，构成４个弹性组，且所述４个弹性组分别位于弹性柱体的四周，各弹性组中两个弹性厚片的另一端分别连接支撑基座和上表面平台；所述上表面平台设于弹性柱体及弹性组的上方，并与弹性柱体连接；待切削结构设于上表面平台上；４个电阻应变片组分别固定于４个弹性薄片的中间位置。

【技术特征摘要】
1.一种超高转速切削三维动态力测试平台，其特征在于包括待切削结构、4个电阻应变片组以及一体成型的上表面平台、弹性柱体、8个弹性厚片、4个弹性薄片、支撑基座，其中，弹性柱体位于支撑基座上；8个弹性厚片两两一组，4个弹性薄片与4组弹性厚片一一对应，所述弹性薄片的两端分别连接每组中两个弹性厚片的一端，构成4个弹性组，且所述4 个弹性组分别位于弹性柱体的四周，各弹性组中两个弹性厚片的另一端分别连接支撑基座和上表面平台；所述上表面平台设于弹性柱体及弹性组的上方，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵威，何宁，李亮，孙永华，杨吟飞，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84