[发明专利]一种高速切削变形场瞬态测量装置的使用方法

摘要

本发明公开了一种高速切削变形场瞬态测量装置的使用方法，其技术方案是：包括高速切削加载单元，用于实现高速正交切削加载和回收；切屑根部显微图像高速采集单元，用于连续实时捕捉切削过程中切屑根部显微图像；图像数字化处理单元，用于处理拍摄得到的系列高速切削瞬态图像，得到高速切削过程中的切屑根部变形场。有益效果是：通过增设的切屑根部显微图像高速采集和图像数字化处理装置，能够实现高速切削瞬态变形场的非接触式测量，测量过程安全可靠；通过激光测速信号触发高速特种相机拍摄能实现切削过程和拍摄过程的同步；在高速特种相机和工件之间设置光学放大装置能够更清晰地捕捉到切屑根部的显微图像，有助于提高后续的图像处理精度。

主权项

1.一种高速切削变形场瞬态测量装置的使用方法，其特征是包括以下步骤：a、组装测量装置：整套装置安装于支座(109)上，安装时保证加速身管(102)、入射杆(105)、回收杆(107)、切削台(201)、三维矢量台(206)、工件(202)以及两个刀架(204)和两个刀具(205)的对称轴位于同一轴线上；b、实验前调整：实验前通过三维矢量平台(206)的纵向和横向滑轨调整高速特种相机(207)的水平位置，使显微成像镜头(208)正对刀具(205)的刀尖；通过改变三维矢量平台(206)的支柱和垂直升降台高度调整显微成像镜头(208)与光学放大装置(209)以及刀具(205)之间的距离，使其聚焦于刀具尖端的切屑根部；根据拟定的切削速度调整高速特种相机(207)的拍摄速度；调整照明装置(210)的亮度以获得高质量的画面；c、实验过程中：子弹(103)由高压气室(101)发射并经加速身管(102)加速后于加速身管出口处触发激光测速器(104)，于是高速特种相机(207)被激活，拍摄开始；同时子弹(103)撞击入射杆(105)，入射杆(105)受到子弹(103)撞击后将携带工件(202)快速前行，并与对称分布的两个刀具(205)发生碰撞挤压，从而实现高速切削；整个过程同时被高速特种相机(207)记录；切削完成后工件(202)通过与回收杆(107)发生正碰而停止，同时高速特种相机(207)停止拍摄，拍摄完成后，与高速特种相机(207)相连的图像数字化处理单元通过数字图像相关技术对拍摄的图片进行处理，从而计算得到切屑根部的二维变形场，试验过程中子弹(103)的速度由激光测速器(104)测定，基于动量及能量守恒原理可换算得到切削速度；其中，高速切削变形场瞬态测量装置，包括高速切削加载单元，高速切削加载单元用于实现高速正交切削加载和回收，包含高压气室（101）、加速身管（102）、子弹（103）、激光测速器（104）、入射杆（105）、工件夹持装置（106）、回收杆（107），所述子弹（103）安装于加速身管（102）内，经高压气室（101）加速后撞击入射杆（105）并推动安置于入射杆前端的工件（202）高速前行，使其被固定于刀架（204）上的刀具快速切削，切削完成后入射杆（105）通过撞击回收杆（107）停止前行；所述加速身管出口（102）处设置有测量子弹速度的激光测速器（104），子弹经过激光测速器时激光测速器（104）被激活；刀架（204）后部正对入射杆（105）的位置安放回收杆（107），回收杆（107）后部设置缓冲器（108）；其特征是：还包括切屑根部显微图像高速采集单元和图像数字化处理单元，所述切屑根部显微图像高速采集单元，用于连续实时捕捉切削过程中切屑根部显微瞬态图像，包含切削台（201）、工件（202）、有机玻璃（203）、刀架（204）、刀具（205）、三维矢量平台（206）、高速特种相机（207）、显微成像镜头（208）、光学放大装置（209）、照明装置（210），所述切削台（201）固定在工件夹持装置（106）与回收杆（107）之间；两个刀架（204）以工件（202）为中心对称安装于切削台（201）上侧，且位置和高度可调；所述刀架（204）上安装有角度调节器，可以调整刀具倾角；所述刀具（205）固定于所述刀架（204）上，实验前刀具切削刃紧靠在工件内边界（202‑2），刀具侧面紧贴有机玻璃，保证工件表面和刀具侧面处于同一平面；所述的高速特种相机（207）与高速切削加载单元的激光测速器（104）通过数据线相连，可由激光测速信号触发拍摄，实现切削与拍摄过程同步；所述图像数字化处理单元，用于处理拍摄得到的系列高速切削瞬态图像，并计算得到高速切削过程中的切屑根部变形场；三维矢量平台（206）通过安装槽固定于切削台（201）上；高速特种相机（207）通过三维矢量平台（206）垂直架设于刀具（205）上端；所述高速特种相机（207）前部安装显微成像镜头（208），可通过光学放大装置（209）向下拍摄刀具尖端附近的切屑根部微观图像；所述工件（202）设计成凸字形，凸口朝前，工件（202）同一侧的内外两边间距与切削深度一致；所述工件（202）的待观测面打磨平整，并由细砂纸打磨出井字形条纹，利于后期变形场计算；所述工件（202）水平放置，工件（202）的上部覆盖透明的有机玻璃（203），有机玻璃（203）的宽度略大于工件（202）的宽度，能有效抑制工件的曲面变形；所述有机玻璃（203）和工件（202）一起由工件夹持装置（106）固定于入射杆（105）的前端。