板状疲劳试样数控机床加工用快速定位装置及其使用方法与流程

本发明涉及金属材料试样的加工装置
技术领域：
，具体的说是一种板状疲劳试样数控机床加工用快速定位装置及其使用方法。
背景技术：
：现有技术中，板状疲劳试样的加工主要依据gb/t3075金属材料轴向疲劳试样方法、astme466金属材料轴向力控制等幅疲劳试验方法等标准的要求来进行。具体实施时，主要利用锯床、铣床、立式加工中心、卧式铣床等机械设备进行加工，其加工工序大致可分为下料、加工外形、加工槽和低应力磨削等。其中下料、加工外形和低应力磨削等工序的方法均较为固定，且均有成熟的加工工艺。但是加工槽工序目前只有两种方式。第一种是使用普通铣床进行加工，这种方式效率一般，并且需要准备多种规格的刀具，加工质量和精度不容易保证，对于有些非标准圆弧段甚至无法加工，导致不合格率较高，有些较为珍贵的材料根本不敢用普通设备加工；第二种是利用数控设备加工，这种加工方式可以解决加工精度的问题，并且可以节约大量的刀具，但是受试料形状、尺寸、规格、材质、热处理状态以及设备载荷、夹持方式等诸多因素的影响，试样的形状、尺寸等会有较大的差异。在同一台数控机床上加工具有不同形状规格的板状疲劳试样时，一般需采用分中棒对试样的四个面进行分中后，设定试样的零点，再按照同样的方法设定加工装置的零点，这样才能实现机床、工件、装置的零点统一。这些操作方式过程繁琐复杂、耗时较多，工作效率低下。同时，不同规格的板状疲劳试样在利用数控机床进行加工时，由于试样尺寸规格不同，每个规格的试样固定在机床工作台上的位置就会发生改变，并且每次装夹也会产生装夹误差，需要每次调整数控机床的工件坐标系来消除误差；而且，由于板状疲劳试样的厚度规格不同，导致数控机床的刀具与试样的相对位置发生改变，需要每次计算并调整数控机床的刀具长度补偿。因此，多规格板状疲劳试样无法高效加工的主要问题就是不同规格的试样需要每次进行找基准、找零点、调整工件坐标系、调整刀具补偿等繁琐操作。也就是说：如果能够解决以上问题，那么就可以解决板状疲劳高效加工的问题。目前，现有技术中还没有关于对多规格的板状疲劳试样进行加工时快速定位和加工的装置出现。技术实现要素：为了解决上述技术问题，本发明提供了一种板状疲劳试样数控机床加工用快速定位装置及其使用方法。该装置通适于各种具有不同规格的板状疲劳试样的加工，其可将具有不同规格的板状疲劳试样在数控机床上的坐标系统一在同一位点，以实现试样的快速定位和加工时的可靠固定，无需多次找基准和对刀即可实现试样的直接加工，从而大大减少了试样的装配时间，提高了工作效率。本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：板状疲劳试样数控机床加工用快速定位装置，包括固定托板、限位挡板和支撑组件，所述的固定托板呈水平设置的矩形板状结构，限位挡板竖直设置在矩形固定托板其中一条长度边的下方，并与固定托板一起组构成一个开口向下的l形结构，所述的支撑组件装配在固定托板的下表面上，支撑组件包括至少两个左右对称设置的t型导轨，每个t型导轨均平行于矩形固定托板的宽度边方向设置，且每个t型导轨均能够配合卡设在数控机床工作台表面的t型凹槽内，以实现支撑组件与数控机床工作台之间的装配，在固定托板的上表面上还设置有多个拉紧螺钉孔，外设的连接螺栓通过该拉紧螺钉孔将固定托板紧固在数控机床的工作台上；在固定托板上表面的中心处开设有一个矩形的避空加工槽，该矩形避空加工槽的长度边上开设有多个用于排出加工时所产生废料的排水排屑口，在矩形避空加工槽两条宽度边的中心位置又分别向外延伸开设有一个定位槽，两个定位槽与避空加工槽一起在固定托板的上表面上组构成了一个用于放置和加工板状疲劳试样的十字形凹槽结构，且该十字形凹槽结构中的两个定位槽用于放置板状疲劳试样的两个夹持端，在板状疲劳试样两个夹持端的上方还分别设置有一个加工时用于向下压紧板状疲劳试样端部的压板，所述两个定位槽之间的最大间距大于板状疲劳试样的长度，且两个定位槽的深度小于避空加工槽的深度；在矩形避空加工槽内还设置有一个能够沿矩形避空加工槽的长度边方向来回移动的可移动式限位块，该可移动式限位块由补偿垫板和定位块组成，所述的补偿垫板和定位块沿矩形避空加工槽的宽度方向左右依次连接设置，补偿垫板垫设在板状疲劳试样的下方，且补偿垫板的厚度与避空加工槽大于定位槽深度的尺寸一致，使补偿垫板的上表面与两个定位槽的底面位于同一水平面内，所述定位块的厚度大于补偿垫板的厚度，使补偿垫板的上表面与定位块的侧面之间形成一个用于对板状疲劳试样的其中一个夹持端进行有效限位的限位空间。优选的，所述的限位挡板也呈矩形板状结构，且限位挡板的长度与固定托板的长度一致。优选的，所述的限位挡板与固定托板之间通过螺栓可拆卸连接。优选的，所述的支撑组件与固定托板为一体结构。优选的，所述固定托板上拉紧螺钉孔的个数为四个，且四个拉紧螺钉孔左右对称设置在矩形固定托板的四角处。优选的，所述的定位块呈长方体形结构，长方体形定位块的其中一个侧面贴合于矩形避空加工槽的一条长度边设置，长方体形定位块中另一个平行于矩形避空加工槽长度边的侧面与定位槽的其中一个侧面位于同一竖直平面内。优选的，所述的补偿垫板也呈长方体形结构，且补偿垫板上表面的形状与板状疲劳试样夹持端的形状、大小一致。板状疲劳试样数控机床加工用快速定位装置的使用方法，包括以下步骤：步骤一、快速定位装置的安装将快速定位装置中的每个t型导轨均卡设在数控机床工作台上的t型凹槽内，之后，将限位挡板贴合于数控机床矩形工作台的一条长度边设置，并采用连接螺栓将限位挡板固定在t型导轨上，然后，再采用连接螺栓经由固定托板上设置的多个拉紧螺钉孔，将固定托板固定在数控机床的工作台上；步骤二、板状疲劳试样矩形毛坯料的装配将普通机床已加工好的板状疲劳试样矩形毛坯料放置于固定托板上表面的十字形凹槽结构内，并使板状疲劳试样矩形毛坯料夹持端a的一个边角紧贴固定托板上其中一个定位槽的一个边角设置；步骤三、较长板状疲劳试样矩形毛坯料的定位当步骤二中完成装配的板状疲劳试样矩形毛坯料的夹持端b到达固定托板上另一个定位槽的位置时，直接采用两个压板从上方对板状疲劳试样矩形毛坯料的夹持端a和夹持端b进行向下压紧，完成较长板状疲劳试样矩形毛坯料加工前的定位；步骤四、较短板状疲劳试样矩形毛坯料的定位当步骤二中完成装配的板状疲劳试样矩形毛坯料的夹持端b未到达固定托板上另一个定位槽的位置时，将可移动式限位块放置于避空加工槽内，并沿矩形避空加工槽的长度边方向左右移动可移动式限位块，使可移动式限位块中的补偿垫板垫设在板状疲劳试样矩形毛坯料夹持端b的下方，夹持端b的一侧紧贴可移动式限位块中限位空间的侧壁设置，之后，采用两个压板从上方对板状疲劳试样矩形毛坯料的夹持端a和夹持端b进行向下压紧，完成较短板状疲劳试样矩形毛坯料加工前的定位；步骤五、刀具的定位将数控机床中刀具的零点定位在步骤二中板状疲劳试样矩形毛坯料夹持端a用于紧贴的边角所处的定位槽的底角处，即可进行板状疲劳试样矩形毛坯料的数控机床加工。有益效果：本发明的一种板状疲劳试样数控机床加工用快速定位装置，通过装置中固定托板、t型导轨、可移动式限位块、定位槽、避空加工槽等结构的设置，可将具有不同规格的板状疲劳试样在数控机床上的坐标系统一在同一位点，以实现试样的快速定位和加工时的可靠固定，无需找基准和对刀即可实现直接加工。从而大大减少了试样的装配时间，提升了加工效率，保证加工质量，为板状疲劳试验的开展提供了重要的加工手段。附图说明图1为本发明实施例1的结构示意图；图2为实施例1中所加工的板状疲劳试样的尺寸要求结构示意图；图3为本发明实施例2的结构示意图；图4为实施例2中所加工的板状疲劳试样的尺寸要求结构示意图；图5为实施例3中所加工的板状疲劳试样的尺寸要求结构示意图；附图标记：1、固定托板，2、限位挡板，3、t型导轨，4、拉紧螺钉孔，5、避空加工槽，6、排水排屑口，7、定位槽，8、板状疲劳试样，9、可移动式限位块，901、补偿垫板，902、定位块。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细的阐述和说明。本发明针对目前不同规格板状疲劳试样利用数控设备加工时，无法实现高效加工的现状，提供了一种在多规格板状疲劳试样加工中，快速定位、找基准、对刀的装置和方法。该装置能够方便的固定在数控机床的工作台上，且每次使用时固定位置能够一致；不同规格的板状疲劳试样均能很好的固定在该装置上，且不同规格的试样可以共用一个数控工件坐标系。在加工不同规格的板状疲劳试样时，只须将该装置固定于数控机床工作台，并将具有不同规格的试样放进装置中的固定托板上，即可实现不同规格的板状疲劳试样坐标系的统一，可以实现快速定位，无需找基准和对刀即可实现直接加工，且能很好的保证加工后的试样质量符合图纸要求。如图1和图3所示，板板状疲劳试样数控机床加工用快速定位装置，包括固定托板1、限位挡板2和支撑组件，所述的固定托板1呈水平设置的矩形板状结构，限位挡板2竖直设置在矩形固定托板1其中一条长度边的下方，并与固定托板1一起组构成一个开口向下的l形结构，所述的支撑组件装配在固定托板1的下表面上，支撑组件包括至少两个左右对称设置的t型导轨3，每个t型导轨3均平行于矩形固定托板1的宽度边方向设置，且每个t型导轨3均能够配合卡设在数控机床工作台表面的t型凹槽内，以实现支撑组件与数控机床工作台之间的装配，在固定托板1的上表面上还设置有多个拉紧螺钉孔4，外设的连接螺栓通过该拉紧螺钉孔4将固定托板1紧固在数控机床的工作台上；在固定托板1上表面的中心处开设有一个矩形的避空加工槽5，该矩形避空加工槽5的长度边上开设有多个用于排出加工时所产生废料的排水排屑口6，在矩形避空加工槽5两条宽度边的中心位置又分别向外延伸开设有一个定位槽7，两个定位槽7与避空加工槽5一起在固定托板1的上表面上组构成了一个用于放置和加工板状疲劳试样8的十字形凹槽结构，且该十字形凹槽结构中的两个定位槽7用于放置板状疲劳试样8的两个夹持端，在板状疲劳试样8两个夹持端的上方还分别设置有一个加工时用于向下压紧板状疲劳试样8端部的压板，所述两个定位槽7之间的最大间距大于板状疲劳试样8的长度，且两个定位槽7的深度小于避空加工槽5的深度；在矩形避空加工槽5内还设置有一个能够沿矩形避空加工槽5的长度边方向来回移动的可移动式限位块9，该可移动式限位块9由补偿垫板901和定位块902组成，所述的补偿垫板901和定位块902沿矩形避空加工槽5的宽度方向左右依次连接设置，补偿垫板901垫设在板状疲劳试样8的下方，且补偿垫板901的厚度与避空加工槽5大于定位槽7深度的尺寸一致，使补偿垫板901的上表面与两个定位槽7的底面位于同一水平面内，所述定位块902的厚度大于补偿垫板901的厚度，使补偿垫板901的上表面与定位块902的侧面之间形成一个用于对板状疲劳试样8的其中一个夹持端进行有效限位的限位空间。优选的，所述的限位挡板2也呈矩形板状结构，且限位挡板2的长度与固定托板1的长度一致。优选的，所述的限位挡板2与固定托板1之间通过螺栓可拆卸连接。优选的，所述的支撑组件与固定托板1为一体结构。优选的，所述固定托板1上拉紧螺钉孔4的个数为四个，且四个拉紧螺钉孔4左右对称设置在矩形固定托板1的四角处。优选的，所述的定位块902呈长方体形结构，长方体形定位块902的其中一个侧面贴合于矩形避空加工槽5的一条长度边设置，长方体形定位块902中另一个平行于矩形避空加工槽5长度边的侧面与定位槽7的其中一个侧面位于同一竖直平面内。优选的，所述的补偿垫板901也呈长方体形结构，且补偿垫板901上表面的形状与板状疲劳试样8夹持端的形状、大小一致。板状疲劳试样数控机床加工用快速定位装置的使用方法，包括以下步骤：步骤一、快速定位装置的安装将快速定位装置中的每个t型导轨3均卡设在数控机床工作台上的t型凹槽内，之后，将限位挡板2贴合于数控机床矩形工作台的一条长度边设置，并采用连接螺栓将限位挡板2固定在t型导轨3上，然后，再采用连接螺栓经由固定托板1上设置的多个拉紧螺钉孔4，将固定托板1固定在数控机床的工作台上；步骤二、板状疲劳试样矩形毛坯料的装配将普通机床已加工好的板状疲劳试样矩形毛坯料放置于固定托板1上表面的十字形凹槽结构内，并使板状疲劳试样矩形毛坯料夹持端a的一个边角紧贴固定托板1上其中一个定位槽7的一个边角设置；步骤三、较长板状疲劳试样矩形毛坯料的定位当步骤二中完成装配的板状疲劳试样矩形毛坯料的夹持端b到达固定托板1上另一个定位槽7的位置时，直接采用两个压板从上方对板状疲劳试样矩形毛坯料的夹持端a和夹持端b进行向下压紧，完成较长板状疲劳试样矩形毛坯料加工前的定位；步骤四、较短板状疲劳试样矩形毛坯料的定位当步骤二中完成装配的板状疲劳试样矩形毛坯料的夹持端b未到达固定托板1上另一个定位槽7的位置时，将可移动式限位块9放置于避空加工槽5内，并沿矩形避空加工槽5的长度边方向左右移动可移动式限位块9，使可移动式限位块9中的补偿垫板901垫设在板状疲劳试样矩形毛坯料夹持端b的下方，夹持端b的一侧紧贴可移动式限位块9中限位空间的侧壁设置，之后，采用两个压板从上方对板状疲劳试样矩形毛坯料的夹持端a和夹持端b进行向下压紧，完成较短板状疲劳试样矩形毛坯料加工前的定位；步骤五、刀具的定位将数控机床中刀具的零点定位在步骤二中板状疲劳试样矩形毛坯料夹持端a用于紧贴的边角所处的定位槽7的底角处，即可进行板状疲劳试样矩形毛坯料的数控机床加工。在本发明的快速定位装置中，固定托板和可移动式限位块的组合使用，可满足多种不同规格的板状疲劳试样的固定。为了保证装置能够固定在数控机床的工作台面上，且每次使用时位置都一样，我们根据数控机床工作台的t型槽尺寸，设计了一种与之相配合的t型导轨，使其可以卡入数控机床的工作台中，利用固定托板上的四颗拉紧螺钉孔和连接螺栓进行固定，所述的t型导轨和四颗连接螺栓可以限制固定托板的五个自由度，为了能够使固定托板与数控机床的相对位置固定，我们又设计了限位挡板，使之能够限制t型导轨在t型槽中的滑动，从而限制固定托板的六个自由度，使之与数控机床位置固定，并且保证固定托板中的板状疲劳试样的侧面与矩形数控机床工作台的长度边方向平行。同时我们还在固定托板上设计了排水排屑槽，保证加工时切屑液的循环和铁屑快速清除；设计了避空加工槽，避免加工时数控机床的刀具切到该固定托板。快速定位装置在具体使用时，通常，我们先利用普通机床将板状疲劳试样的矩形毛坯加工好，并将矩形毛坯的外形加工至图纸标注的最大长方体尺寸。之后，我们将装置中的t型导轨卡入数控机床工作台的t型槽中，并且将限位挡板贴紧数控机床工作台的边缘固定在t型导轨上，采用四颗拉紧螺钉向下紧固固定托板，实现快速定位装置的固定。在加工不同规格板状疲劳试样时，只须将试样的矩形毛坯放置在固定托板的定位槽中，使试样的一个端面和一个侧面贴紧定位槽的一个边角，然后利用压板压紧试样的两端，不同长度的试样的固定可利用可移动式限位块来调节。通过以上操作，即可实现不同规格的板状疲劳试样与装置和数控机床位置的相对固定，即可共用一个数控机床工件坐标系，即一个基准零点；不同厚度的试样由于共用一个固定托板，仅须将刀具的零点定位在定位槽的一个底角处，即可实现数控机床x、y、z三轴的坐标点的统一。实施例1：如附图1和附图2所示，本实施例的快速定位装置加工的是长度为300mm的板状疲劳试样，该板状疲劳试样的材质为钛合金，板状疲劳试样的具体加工规格如图2所示，本实施例对该规格的板状疲劳试样的加工数量为10件，加工方法为本发明提供的方法，加工后的数据统计结果如下表2所示。实施例2：如附图3和附图4所示，本实施例的快速定位装置加工的是长度为170mm的板状疲劳试样，该板状疲劳试样的材质为碳钢，板状疲劳试样的具体加工规格如图4所示，本实施例对该规格的板状疲劳试样的加工数量为10件，加工方法为本发明提供的方法，待加工的试样的规格统计如下表1所示，加工后的数据统计结果如下表2所示。实施例3：如附图5所示，本实施例的快速定位装置加工的是长度为170mm的板状疲劳试样，该板状疲劳试样的材质为铝合金，板状疲劳试样的具体加工规格如图5所示，本实施例对该规格的板状疲劳试样的加工数量为10件，加工方法为本发明提供的方法，待加工的试样的规格统计如下表1所示，加工后的数据统计结果如下表2所示。对比例：本发明的对比例一共有三个，对比例1、对比例2和对比例3所要加工的板状疲劳试样分别与实施例1、实施例2和实施例3的板状疲劳试样相同，加工件数也为10件。对比例1、对比例2和对比例3待加工的试样的规格统计如下表1所示，但对比例1、对比例2和对比例3采用的加工方法为现有技术中常规的需要对不同规格的试样进行找基准、找零点、调整工件坐标系、调整刀具补偿等操作的数控机床加工方法。该常规方法加工后的数据统计结果如下表2所示。表1各实施例和对比例测试的试样规格统计表试样加工件数材质长度（mm）宽度（mm）厚度（mm）圆弧半径（mm）标距长度（mm）实施例1和对比例110钛合金30050416050实施例2和对比例210碳钢17025108025实施例3和对比例310铝合金1702032525表2各实施例和对比例加工后的数据统计结果试样加工件数装夹时间（分）设置基准时间（分）加工时间（分）合格率实施例1105042100%实施例2105060100%实施例3105053100%对比例110155543100%对比例21020605990%对比例310186052100%通过上表2中的相关数据可以看出：采用本发明的快速定位装置和加工方法进行板状疲劳试样加工所用的装夹时间一共是15分钟，设置基准时间为0，加工时间为155分钟，加工后产品的合格率为100%；而采用现有技术中常规的加工方法对相同的试样进行加工时，所用的装夹时间一共为53分钟，设置基准时间为175分钟，加工时间为154分钟，加工后产品的合格率也不能完全保障。由上述数据可知采用本发明的装置和方法后，装夹时间和设置基准的时间有了大幅的下降。由此可见，本次发明的板状疲劳试样数控机床加工用快速定位装置及其使用方法优势显著，可为板状疲劳试样的加工提供一种高效的解决办法。当前第1页12