專利名稱：一種有效簡便測(cè)量刀柄動(dòng)態(tài)抗彎特性的實(shí)驗(yàn)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有效簡便測(cè)量刀柄動(dòng)態(tài)抗彎特性的實(shí)驗(yàn)裝置及方法，可以準(zhǔn)確獲得刀柄在不同轉(zhuǎn)速和負(fù)載下的徑向變形量，屬于機(jī)械設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高轉(zhuǎn)速時(shí)刀柄的抗彎特性測(cè)試，主要通過定制特定的工件和三向測(cè)力儀的配合使用來完成，具體為:將工件安裝在三向測(cè)力儀上，根據(jù)不同的切削參數(shù)加工工件，三向測(cè)力儀可以監(jiān)控加工過程中刀具的切削抗力，即為刀柄的負(fù)載，通過激光測(cè)振儀檢測(cè)刀柄的負(fù)載變形量，即可得到刀柄的抗彎特性。這種方法雖然能得到刀柄在某些特定條件下獲得刀柄的抗彎特性，但是由于測(cè)試過程中的安全問題和冷卻液的干擾，激光測(cè)振儀無法有效工作，影響到刀柄負(fù)載變形量的獲取。另外，這種測(cè)試方法無法提前設(shè)置負(fù)載值，只能根據(jù)加工過程中隨即獲得的切削抗力來評(píng)估刀柄的抗彎特性，而且測(cè)試設(shè)備昂貴，這些因素使得對(duì)刀柄抗彎特性的研究受到制約。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對(duì)利用加工工件及三向測(cè)力儀來評(píng)價(jià)刀柄抗彎特性的方法的不足，提供一種有效簡便的測(cè)量高轉(zhuǎn)速時(shí)刀柄抗彎特性的實(shí)驗(yàn)裝置及方法，通過設(shè)計(jì)制造新的實(shí)驗(yàn)裝置來優(yōu)化測(cè)試過程。根據(jù)達(dá)朗伯原理設(shè)定L形刀桿的尺寸規(guī)格，對(duì)刀柄負(fù)載進(jìn)行預(yù)控制。本發(fā)明能夠有效、簡便的研究刀柄的抗彎特性。本發(fā)明是采用以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的:一種有效簡便測(cè)量刀柄動(dòng)態(tài)抗彎特性的實(shí)驗(yàn)裝置，包括機(jī)床1，主軸2，拉桿3，拉釘4，刀柄5，L形刀桿6，激光測(cè)振儀7 ;主軸2與刀柄5的一端連接，L形刀桿6安裝在刀柄5的另一端，機(jī)床I帶動(dòng)主軸2旋轉(zhuǎn)，主軸2通過刀柄5帶動(dòng)L形刀桿6旋轉(zhuǎn)；通過改變L形刀桿6，改變刀柄負(fù)載；激光測(cè)振儀7將激光打在刀柄5上并保證激光束垂直于刀柄5的軸線，用于檢測(cè)刀柄5的位移振動(dòng)信號(hào)，激光測(cè)振儀7與計(jì)算機(jī)連接，通過計(jì)算機(jī)里的LMS模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)得到特定刀柄負(fù)載下刀柄負(fù)載的變形量。刀柄5與主軸2通過拉桿3以及拉釘4連接在一起。改變L形刀桿6指改變L形刀桿6的規(guī)格、或者質(zhì)量、或者同時(shí)改變規(guī)格和質(zhì)量。改變刀柄負(fù)載還可以通過改變刀柄5的轉(zhuǎn)速得到。一種有效簡便測(cè)量刀柄動(dòng)態(tài)抗彎特性的方法，具體如下:機(jī)床I通過主軸2、刀柄5帶動(dòng)L形刀桿6轉(zhuǎn)動(dòng)，改變L形刀桿6的規(guī)格、或者質(zhì)量、或者刀柄5的轉(zhuǎn)速，或者它們之間的任意組合，從而改變刀柄負(fù)載，然后在特定刀柄負(fù)載下，激光測(cè)振儀7將激光打在刀柄5上并保證激光束垂直于刀柄5的軸線，檢測(cè)刀柄5的位移振動(dòng)信號(hào)，激光測(cè)振儀7與計(jì)算機(jī)連接，通過計(jì)算機(jī)里的LMS模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)得到特定刀柄負(fù)載下刀柄負(fù)載的變形量，以刀柄負(fù)載為橫坐標(biāo)，刀柄的負(fù)載變形量為縱坐標(biāo)即可繪制刀柄的抗彎特性圖，得到刀柄的抗彎特性。
刀柄負(fù)載Fh計(jì)算公式如下:Fh = mco2 (l/2+r)其中，m是L形刀桿6的質(zhì)量，ω為刀柄5轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，r是L形刀桿的橫向刀桿的半徑，I是從L形刀桿的橫向刀桿的端面到距離縱向刀桿近端面的距離。 有益.效果本發(fā)明不需要加工特定的工件，也不需要測(cè)力儀器，降低了成本，簡化了試驗(yàn)過程，保證了測(cè)試的安全。同時(shí)，在需要研究特定負(fù)載的刀柄變形量時(shí)，可以根據(jù)刀柄負(fù)載計(jì)算公式預(yù)調(diào)整L形刀桿的尺寸規(guī)格，故此試驗(yàn)裝置可以簡便有效地測(cè)量刀柄的動(dòng)態(tài)抗彎特性。


圖1為本發(fā)明的連接示意圖；圖2為L形刀桿示意圖；圖3為刀柄-L形刀桿力學(xué)示意圖；圖4為本發(fā)明原理示意圖；圖中:1為機(jī)床，2為主軸，3為拉桿，4為拉釘，5為刀柄，6為L形刀桿，7為激光測(cè)振儀。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合說明書附圖1-附圖4對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明:本實(shí)施例的基本原理是去除掉工件和測(cè)力儀，并根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定相應(yīng)規(guī)格的L形刀桿，通過離心力的變化達(dá)到改變刀柄負(fù)載的目的，從而簡單有效地得到刀柄在高速狀態(tài)下的抗彎特性。此實(shí)驗(yàn)裝置包含圖1中的機(jī)床1，主軸2，拉桿3，拉釘4，刀柄5，L形刀桿6，激光測(cè)振儀7。L形刀桿6裝夾在刀柄5上，刀柄5與拉釘4相連，并通過拉桿3與主軸2聯(lián)接在一起，激光測(cè)振儀7與電腦相連。刀柄的抗彎特性決定了加工過程中刀柄在切削抗力作用下的切削穩(wěn)定性，對(duì)加工效果有決定性的影響，因此在某種型號(hào)的刀柄設(shè)計(jì)出準(zhǔn)備投入市場(chǎng)前，需要對(duì)刀柄的抗彎特性進(jìn)行對(duì)比研究，分析新型刀柄相對(duì)于其他舊型刀柄在抗彎特性上的優(yōu)勢(shì)?？箯澨匦匝芯窟^程中的刀柄變形量測(cè)試一般是在刀柄上選取一個(gè)截面，該截面距離主軸端面為某一預(yù)設(shè)距離，對(duì)刀柄加載不同載荷轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，檢測(cè)該截面處的位移振動(dòng)信號(hào)，即為刀柄的負(fù)載變形量。本發(fā)明設(shè)計(jì)一種L性刀桿，代替普通刀具安裝在刀柄上，在刀柄靜止時(shí)，利用激光測(cè)振儀將激光束垂直于刀柄軸線打在刀柄上距離主軸端面某一預(yù)設(shè)距離的點(diǎn)。當(dāng)主軸帶動(dòng)刀柄以特定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，L形刀桿由于其非對(duì)稱結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沿刀柄徑向的離心力，形成對(duì)刀柄的加載，這種加載近似于切削過程中的切削抗力，并根據(jù)刀柄負(fù)載計(jì)算公式算出此時(shí)的負(fù)載值，刀柄在此負(fù)載的激勵(lì)下產(chǎn)生負(fù)載變形，負(fù)載變形量將被激光測(cè)振儀傳送到電腦中的LMS軟件中，通過LMS軟件即可讀取刀柄負(fù)載變形量的具體值。將負(fù)載值與負(fù)載變形量結(jié)合并繪制成二維坐標(biāo)圖，即可獲知刀柄的抗彎特性。刀柄負(fù)載與L形刀桿尺寸規(guī)格的關(guān)系可以根據(jù)達(dá)朗伯原理推算出來，將刀柄和L形刀桿做為研究對(duì)象，受力圖如圖3所示，列平衡方程Fh = Fik = m Ψ2 (l/2+r)(I)
m = P π r2l(2)ω = 2 π η(3)其中Fh表示刀柄受到L形刀桿的反作用力，即刀柄負(fù)載；FIK表示L形刀桿的慣性力，m表示L形刀桿長為I段的質(zhì)量，P為密度，r為刀桿半徑，ω為刀柄轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，η表示轉(zhuǎn)速。將式(2) (3)代入式(I)可知Fh = mco2 (l/2+r) = 4 π 3 P n2r2l (1/2+r)(4)上式中π和ρ都是已知常量，r和I屬于L形刀桿的外形尺寸，L形刀桿的尺寸標(biāo)識(shí)如圖2所示，η是刀柄轉(zhuǎn)速。為了獲得刀柄在特定轉(zhuǎn)速η、不同的負(fù)載Fh時(shí)的抗彎特性，可以調(diào)整L形刀桿的材料即P、刀桿半徑r或者L形刀桿縱向刀桿的長度1，在測(cè)試前即可計(jì)算出Fh，在激光測(cè)振測(cè)得刀柄的負(fù)載變形后，將負(fù)載值與負(fù)載變形量結(jié)合并繪制成二維坐標(biāo)圖，即可獲知刀柄的抗彎特性，對(duì)負(fù)載值與負(fù)載變形量的擬合方法不作限定。最后應(yīng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明而并非限制本發(fā)明所描述的技術(shù)方案；因此， 盡管本說明書參照上述的各個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明已進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或等同替換；而一切不脫離發(fā)明的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，如改變L形刀桿的形狀測(cè)試其他類型的加載實(shí)驗(yàn)，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種有效簡便測(cè)量刀柄動(dòng)態(tài)抗彎特性的實(shí)驗(yàn)裝置，包括機(jī)床1，主軸2，拉桿3，拉釘4，刀柄5，L形刀桿6，激光測(cè)振儀7 ;主軸2與刀柄5的一端連接，L形刀桿6安裝在刀柄5的另一端，機(jī)床I帶動(dòng)主軸2旋轉(zhuǎn)，主軸2通過刀柄5帶動(dòng)L形刀桿6旋轉(zhuǎn)；激光測(cè)振儀7將激光打在刀柄5上并保證激光束垂直于刀柄5的軸線,用于檢測(cè)刀柄5的位移振動(dòng)信號(hào)，激光測(cè)振儀7與計(jì)算機(jī)連接，通過計(jì)算機(jī)里的LMS模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)得到刀柄負(fù)載的變形量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有效簡便測(cè)量刀柄動(dòng)態(tài)抗彎特性的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:刀柄5與主軸2通過拉桿3以及拉釘4連接在一起。
3.一種基于權(quán)利要求1所述裝置的有效簡便測(cè)量刀柄動(dòng)態(tài)抗彎特性的方法，其特征在于: 機(jī)床I通過主軸2、刀柄5帶動(dòng)L形刀桿6轉(zhuǎn)動(dòng)，改變L形刀桿6的規(guī)格、或者質(zhì)量、或者刀柄5的轉(zhuǎn)速，或者它們之間的任意組合，從而改變刀柄負(fù)載，然后在特定刀柄負(fù)載下，激光測(cè)振儀7將激光打在刀柄5上并保證激光束垂直于刀柄5的軸線，檢測(cè)刀柄5的位移振動(dòng)信號(hào)，激光測(cè)振儀7與計(jì)算機(jī)連接，通過計(jì)算機(jī)里的LMS模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)得到特定刀柄負(fù)載下刀柄負(fù)載的變形量，以刀柄負(fù)載為橫坐標(biāo)，刀柄的負(fù)載變形量為縱坐標(biāo)即可繪制刀柄的抗彎特性圖，得到刀柄的抗彎特性。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種有效簡便測(cè)量刀柄動(dòng)態(tài)抗彎特性的方法，其特征在于:所述的刀柄負(fù)載Fh計(jì)算公式如下:Fh = mco2(l/2+r) 其中，m是L形刀桿6縱向刀桿的質(zhì)量，ω為刀柄5轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，r是L形刀桿的橫向刀桿的半徑，I是從L形刀桿的`橫向刀桿的端面到距離縱向刀桿近端面的距離。
全文摘要
一種有效簡便測(cè)量刀柄動(dòng)態(tài)抗彎特性的實(shí)驗(yàn)裝置及方法，包括機(jī)床，主軸，拉桿，拉釘，刀柄，L形刀桿，激光測(cè)振儀。主軸安裝固定在機(jī)床上，刀柄與拉釘連接，拉桿拉緊拉釘，從而實(shí)現(xiàn)了刀柄和主軸的連接，L形刀桿安裝在刀柄上，激光測(cè)振儀將激光打在刀柄上，檢測(cè)刀柄的位移振動(dòng)信號(hào)。激光測(cè)振儀與計(jì)算機(jī)連接，通過計(jì)算機(jī)里的LMS模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)顯示和導(dǎo)出數(shù)據(jù)。主軸帶動(dòng)刀柄高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，L形桿由于其非對(duì)稱性結(jié)構(gòu)產(chǎn)生離心力，形成對(duì)刀柄的力激勵(lì)，引起刀柄的負(fù)載變形。通過激光測(cè)振儀可以檢測(cè)到刀柄的振動(dòng)信號(hào)，利用LMS軟件讀取和導(dǎo)出數(shù)據(jù)，即可得到刀柄的負(fù)載變形。為切削穩(wěn)定性的預(yù)測(cè)以及刀柄的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供依據(jù)。
文檔編號(hào)G01N3/20GK103105337SQ20131000132
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月5日
發(fā)明者趙永勝, 祁子軍, 劉志峰, 程強(qiáng), 蔡力鋼 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)