[发明专利]一种立式铣床中切削应力波的可视化实验装置及方法

权利要求书

1.一种立式铣床中切削应力波的可视化实验装置，其特征在于，包括光学系统、装夹系统和铣削系统；

所述光学系统包括反射镜(2)，水平设置的光源(1)，以及沿竖直方向依次从下往上同轴设置的磨砂玻璃(3)、起偏镜(4)、检偏镜(7)和高速摄像机(8)；检偏镜(7)设置在高速摄像机(8)镜头前端；

所述铣削系统包括加工工件(5)和立式铣床(6)；加工工件(5)采用具有人工双折射特性的透明光弹性材料制成；立式铣床(6)主轴与加工工件(5)垂直，且沿加工工件(5)平面方向进给；

所述装夹系统包括装夹体(9)；加工工件(5)固定在装夹体(9)上端，磨砂玻璃(3)和起偏镜(4)设置在装夹体(9)上；

反射镜(2)置于磨砂玻璃(3)下方，且设置于光源(1)的水平光路上形成转向光路，转向光路依次照射磨砂玻璃(3)、起偏镜(4)和加工工件(5)后，经检偏镜(7)由高速摄像机(8)采集；反射镜(2)用于控制观察区域的大小，使入射光完全覆盖加工工件(5)上所需要观测的区域；

所述的装夹体(9)包括水平方向呈直角的直角立板(901)；直角立板(901)顶端向直角外水平方向延伸形成安装顶板(902)，底端向直角外水平方向延伸形成固定底板(905)，直角立板(901)的直角内侧设置用于装夹固定磨砂玻璃(3)的装夹槽(903)和用于螺纹连接起偏镜调整块(11)的螺纹孔(904)；直角立板(901)的内侧靠近立式铣床(6)的进给方向；加工工件(5)通过安装顶板(902)在两个方向固定，直角立板(901)通过固定底板(905)固定在立式铣床(6)的工作台上；可调整角度的反射镜(2)放置在直角立板(901)内侧，下端由水平移动的反射镜水平调整垫块(12)限位固定。

2.根据权利要求1所述的一种立式铣床中切削应力波的可视化实验装置，其特征在于，加工工件(5)通过压块(10)在两个方向分别固定在装夹体(9)上端。

3.根据权利要求1所述的一种立式铣床中切削应力波的可视化实验装置，其特征在于，磨砂玻璃(3)固定插接在装夹体(9)上的装夹槽(903)内，起偏镜(4)通过起偏镜调整块(11)以螺纹连接的形式固定在装夹体(9)上；起偏镜调整块(11)用于起偏镜(4)在沿起偏镜调整块(11)轴向和起偏镜(4)轴向两个方向的旋转定位。

4.根据权利要求1所述的一种立式铣床中切削应力波的可视化实验装置，其特征在于，安装顶板(902)上沿两个方向分别设置有安装通孔(908)，固定底板(905)上设置有固定槽(907)，安装顶板(902)和固定底板(905)之间固定有连接在直角立板(901)外侧的加强筋(906)。

5.根据权利要求1所述的一种立式铣床中切削应力波的可视化实验装置，其特征在于，装夹槽(903)呈直角沿直角立板(901)内侧直角固定设置。

6.一种立式铣床中切削应力波的可视化实验方法，其特征在于，基于权利要求1-5任意一项所述的可视化实验装置，包括如下步骤，

步骤1，将光源(1)水平置于立式铣床(6)的工作台上，调整反射镜(2)的角度，使入射光完全覆盖加工工件(5)上所需要观测的区域；并通过磨砂玻璃3进一步使观察区域内漫射光分布均匀，避免所拍摄的干涉条纹出现明暗不均匀的现象；

步骤2，高速摄像机(8)于竖直方向，调整其镜头焦距及摆偏位置，调节高速摄像机(8)参数，使得其所能捕捉的画面尺寸完全涵盖所要观测的工件内应力波传播的范围；

步骤3，旋转安装于摄像机镜头前的检偏镜(7)，使得经过检偏镜(7)后的偏振光为明场；

步骤4，运行立式铣床(6)，进行对刀操作，设置相应的切削参数，对加工工件(5)进行顺铣切削实验，在刀具即将切入时触发高速摄像机(8)采样按钮，记录切削过程中应力波在加工工件(5)板材中的传播过程。

7.根据权利要求6所述的一种立式铣床中切削应力波的可视化实验方法，其特征在于，光源(1)采用无频闪LED白光灯。