本发明涉及切削试验
技术领域：
，尤其涉及的是一种基于冲击试验机的切削力试验系统。
背景技术：
目前切削加工多采用车床、刨床等利用切削刀具从工件上切除多余材料。切削过程中速度和切削厚度需要匹配机床系统的性能，导致目前的切削加工过程多为切削速度恒定的准静态稳定切削。对于一些特殊的情况，需要考虑变速下的瞬时动态切削问题，目前的机床尚不能满足要求。为了更加详细对材料的动态切削性能进行研究，需要考虑材料的切削速度、宽度和厚度对切削力的影响，因此设计满足要求的动态切削试验台具有非常重要的意义。技术实现要素：本发明为克服现有技术不足，提供一种满足动态切削要求的用落锤和切削试验台结合进行正交单刃的切削力试验系统。本发明的技术方案是：一种切削力试验系统，它包括落锤冲击系统和冲击切削试验台；所述冲击切削试验台包括工件组件、刀具组件和底座；所述工件组件包括碰撞块和工件随动组件；所述刀具组件包括刀具和固定组件；所述落锤冲击系统安装在所述底座的上部，所述碰撞块固定在所述工件夹具的上部，所述工件夹具设置在所述底座上并能沿竖向自由滑动，所述碰撞冲击系统的锤头和所述碰撞块的中心位于同一垂线，所述固定组件位置可调地安装在所述底座上，所述刀具被所述固定组件固定。进一步地，工件夹具包含工件安装板、上端夹具和下端夹具、滑块和导轨；工件安装板中部开有放置工件的凹槽，工件通过安装在工件安装板的上端夹具和下端夹具固定，所述碰撞块安装在所述工件安装板的顶部，所述工件安装板安装在所述滑块的前端面上，所述滑块滑动设置在竖向布置的所述导轨上，所述导轨安装在所述底座上。进一步地，固定组件包括刀具压板、刀具限位块和限位块底座；限位块底座位置可调地安装在底座上，刀具限位块做在限位块底座上，刀具压板固装在刀具限位块上，刀具被刀具压板固定在刀具限位块上。进一步地，两个立板上分别加工有调整槽，限位块底座上加工有腰形孔，所述调整槽底部加工有安装螺纹孔，调整槽的前壁上加工调整螺纹孔，限位块底座与立板通过穿过腰形孔并与安装螺纹孔螺纹连接的螺栓固定，腰形孔的腰长与限位块底座移动方向平行，调整螺纹孔内安装有能推动限位块底座向工件移动的螺钉。本发明相比现有技术的有益效果是本发明申请具有可调节切削层厚度和速度功能的切削试验系统，所提供的切削试验台中，碰撞块和工件安装板固定在直线滑动的滑块上，而带有工件的滑块可以在导轨上上下滑动。导轨与底座相连。刀具被刀具限位块和刀具压板固定在被切削工件的下方。本发明申请通过控制落锤冲击系统的落锤重量和撞击的动能实现对切削速度的控制；利用调整螺钉对刀具位置的进行移动，实现切削层厚度的控制；保持工件厚度与工件安装板中间凹槽的尺寸相等，调节工件的高度呈渐变形式，实现切削过程中的切削深度变化。利用落锤冲击系统和切削试验台可以进行不同工况下动态正交单刃切削力的测试。本发明申请系统能够灵活变更切削速度、切削宽度、切削深度等参数，并且通过设定工件在切削轨迹上的外形尺寸，可以改变在切削过程中的切削深度和宽度。通过调整落锤下落时的动量来实现对初始切削速度的控制，对于材料动态切削性能的研究具有重要意义。本发明申请极大的扩展了对切削过程的研究范围且试验装置结构简单，操作维护方便，同时大大降低试验成本、缩短试验迭代周期；同时，不同于机床切削力能够利用落锤锤头处的力学传感器直接读取切削过程中的切削力，不同于机床切削力需要再次计算，使得测试结果准确。附图说明图1为本发明切削力试验系统整体结构图；图2为冲击切削试验台立体图；图3为冲击切削试验台主视图；图4为图3的侧视图；图5为工件安装板结构图；图6为一实施例所测量到的切削力试验曲线图。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。参见图1和图2所示，一种切削力试验系统，它包括落锤冲击系统a和冲击切削试验台；所述冲击切削试验台包括工件组件、刀具组件和底座10；所述工件组件包括碰撞块11和工件随动组件12；所述刀具组件包括刀具21和固定组件22；所述落锤冲击系统a安装在所述底座10的上部，所述碰撞块11固定在所述工件夹具12的上部，所述工件夹具12设置在所述底座10上并能沿竖向自由滑动，所述碰撞冲击系统a的锤头a5和所述碰撞块11的中心位于同一垂线，所述固定组件22位置可调地安装在所述底座10上，所述刀具21被所述固定组件22固定。落锤冲击系统a其包含：落锤导轨a1、落锤配重a2、落锤安装配重架a3、力传感器a4和锤头a5。所述落锤冲击系统的锤头a5和碰撞块11的中心位于同一垂线(垂向中心保持一致)，可有效避免错位撞击造成偏转力矩。冲击切削试验台安装在落锤冲击系统的工件安装区，要保证落锤冲击系统的锤头能够撞击试验台的碰撞块11。较佳地，参见图3和图5所示，所述工件夹具12包含工件安装板12-3、上端夹具12-2和下端夹具12-4、滑块12-8和导轨12-9；工件安装板12-3中部开有放置工件7的凹槽12-5，工件7通过安装在工件安装板12-3的上端夹具12-2和下端夹具12-4固定，所述碰撞块11安装在所述工件安装板12-3的顶部，所述工件安装板12-3安装在所述滑块12-8的前端面上，所述滑块12-8滑动设置在竖向布置的所述导轨12-9上，所述导轨12-9安装在所述底座10上。所述导轨9固定在导轨安装板12-6；导轨安装板12-6的两侧面固定在底座10上。本实施例中，在工件安装板12-3的表面开设凹槽12-5，凹槽12-5的结构形式和尺寸由实际情况工件尺寸而定。工件7的低端被上端夹具12-2和下端夹具12-4固定，刀具21的前端切削刃和工件7前端面的距离为设置的切削层厚度，保证刀具前端面不与工件夹具碰触，使得切削过程平稳。较佳地，参见图3所示，所述固定组件22包括刀具压板22-13、刀具限位块22-14和限位块底座22-15；限位块底座22-15位置可调地安装在底座10上，刀具限位块22-14做在限位块底座22-15上，刀具压板22-13固装在刀具限位块22-14上，刀具21被刀具压板22-13固定在刀具限位块22-14上。刀具21可以在刀具限位块22-14内凹槽区移动，利用刀具压板22-13固定刀具21，可实现对刀具安装位置的调整。较佳地，参见图3和图4所示，所述底座10包括底盘10-1和两个立板10-2，两个立板10-2相间设置在底盘10-1上，相隔空间能容纳所述工件夹具12竖向自由滑动。两个立板10-2上分别加工有调整槽，限位块底座22-15上加工有腰形孔22-15-1，所述调整槽底部加工有安装螺纹孔，调整槽的前壁上加工调整螺纹孔22-15-2，限位块底座22-15与立板10-2通过穿过腰形孔并与安装螺纹孔螺纹连接的螺栓固定，腰形孔22-15-1的腰长与限位块底座22-15移动方向平行，调整螺纹孔22-15-2内安装有能推动限位块底座22-15向工件移动的螺钉。所述限位块底座22-15上设置有腰形孔22-15-1，所述底座10的左侧和/或右侧的调整槽。具体实施时，所述限位块底座22-15放置在底座10的左侧和右侧均设置有调整槽。且调整螺纹孔22-15-2内的螺钉通过旋转调整限位块底座22-15向工件7移动的位置，进而可以调节切削深度。通过调整螺纹孔22-15-2内的螺钉的拧紧和旋出，可以带动刀具21在底座10上前后滑动，从而调整刀具21切削刃与被切削工件7之间的距离，实现切削层厚度的变化。应该说明的是，切削层厚度调节方式不限于螺钉，如气缸、油缸、电机带动限位块底座22-15运动等方式均可认为是本发明的保护范畴。较佳地，参见图4所示，工件安装板12-3上加工有可调节上端夹具12-2和下端夹具12-4间距的间距螺纹孔，上端夹具12-2和下端夹具12-4上加工有固定孔，上夹具12-2和下端夹具12-4分别与工件安装板12-3通过穿过固定孔并与间距螺纹孔螺纹连接的螺栓固定。上端夹具12-2和下端夹具12-4间距可调，可满足不同长度的工件7的固定。实施例1参见图1-图5所示，工件安装板12-3中部开有放置工件7的凹槽12-5，工件7通过安装在工件安装板12-3的上端夹具12-2和下端夹具12-4固定，所述碰撞块11安装在所述工件安装板12-3的顶部，所述工件安装板12-3安装在所述滑块12-8的前端面上，所述滑块12-8滑动设置在竖向布置的所述导轨12-9上，所述导轨12-9安装在所述底座10上；刀具限位块22-14做在限位块底座22-15上，刀具压板22-13固装在刀具限位块22-14上，刀具21被刀具压板22-13固定在刀具限位块22-14上；所述底座10包括底盘10-1和两个立板10-2，两个立板10-2相间设置在底盘10-1上，相隔空间能容纳所述工件夹具12竖向自由滑动；两个立板10-2上分别加工有调整槽，限位块底座22-15上加工有腰形孔22-15-1，所述调整槽底部加工有安装螺纹孔，调整槽的前壁上加工调整螺纹孔22-15-2，限位块底座22-15与立板10-2通过穿过腰形孔并与安装螺纹孔螺纹连接的螺栓固定，腰形孔22-15-1的腰长与限位块底座22-15移动方向平行，调整螺纹孔22-15-2内安装有能推动限位块底座22-15向工件移动的螺钉，所述落锤冲击系统a安装在所述底座10的上部，所述碰撞冲击系统a的锤头和所述碰撞块11中心位于同一垂线，试验时，转动调整螺纹孔22-15-2内的螺钉可以使限位块底座22-15在底座10上前后缓慢滑动，调整刀具21的位置，初始，被切削的工件7由所述刀具12支撑，落锤冲击系统的锤头在下落时撞击到切削试验台的碰撞块11，工件7通过滑块12-8可以在导轨12-9上上下沿直线滑动，当落锤施加在撞击块11上的力超过刀具作用在被切削工件的初始阈值切削力时，切屑与工件21分离，实现了动态切削过程。该初始阈值切削力随着工件形状、切削速度、材料属性等改变。锤头和碰撞块撞击的动能实现对切削速度的控制；利用调整螺钉对刀具位置的进行移动，实现切削层厚度的控制；保持工件厚度与工件安装板中间凹槽的尺寸相等，调节工件的高度呈渐变形式，实现切削过程中的切削深度变化。落锤冲击系统a可选用instron9350型。作为上述实施例的变形，上端夹具12-2和下端夹具12-4为板状结构，滑块12-8的数量为2个，呈上下间隔布置。工件7下端部呈梯形状。本实施例不同于机床切削力能够利用落锤锤头处的力学传感器直接读取切削过程中的切削力，不同于机床切削力需要再次计算，使得测试结果准确。实施例2通过一组试验测量使用硬质合金刀具对q235材料进行稳定切削时的力值：试验相关参数如下：试验参数冲击能量(j)切削深度(mm)切削宽度(mm)数值15382.55图6为所测量到的切削力试验曲线，横坐标为(毫秒)，纵坐标为切削力(n)，可知初始段切削力波动较大，但其力值随切削行程增大逐步趋于稳定，通过计算得到稳定后的切削力值为15005n。本次试验结果如下表所示，通过试验可以发现当被切削材料为q235，切削刀具材料为硬质合金，切削深度为定值2.5mm，切削宽度为定值5mm时，其稳定切削力值约为15005n。试验结果总行程(mm)稳态切削力(n)数值102.515005工作原理本发明申请落锤冲击系统的锤头在下落时撞击到切削试验台的碰撞块，而碰撞块11、工件安装板12-3、上端夹具12-2和下端夹具12-4均固定在滑块12-8上，而带有工件7通过滑块12-8可以在导轨12-9上上下沿直线滑动。导轨12-9固定在轨道安装板12-6一面，导轨安装板12-6的两侧面利用螺栓和底座10相连。刀具7被刀具限位块22-14和刀具压板22-13固定在被切削工件的下方。刀具限位块22-14利用螺钉安装在限位块底座22-15上，限位块底座22-15与底座10通过连接，转动调整螺纹孔22-15-2内的螺钉可以使限位块底座22-15在底座10上前后缓慢滑动，调整刀具21的位置，改变刀具21切削刃与测试的工件7之间的相对距离，实现对切削厚度的控制。当落锤施加在撞击块11上的力超过刀具作用在被切削工件的初始阈值切削力时，切屑与工件21分离，实现了动态切削过程。该初始阈值切削力随着工件形状、切削速度、材料属性等改变。本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。当前第1页12