(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210689801.8 (22)申请日 2022.06.17 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市咸宁西路28号 (72)发明人 张俊　王悦　刘哲超　李宝辰　 赵万华　 (74)专利代理 机构 西安通大专利代理有限责任 公司 6120 0 专利代理师 范巍 (51)Int.Cl. G01N 3/58(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 一种基于二次冲击技术的高速正交切削实 验装置及实验方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于二次冲击技术的高 速正交切削实验装置及实验方法， 包括动力系 统、 发射机构、 切削机构和高速摄像机； 发射机构 和切削机构同轴设置； 发射机构 包括依次固定连 接的发射管、 基座和导轨； 导轨上安装有导杆， 导 杆上固定有待加工工件； 切削机构 包括两个对称 设置的切削部， 切削部包括刀具夹片、 刀具、 力传 感器和滑台； 刀具安装在刀具夹片上， 刀具夹片 和力传感器， 力传感器安装在滑台上； 动力系统 用于为发射机构中的导杆提供动能， 导杆和待加 工工件固定， 带动待加工工件运动， 导杆安装在 发射管的出口位置， 进行切削时， 工件只需从发 射管的出口运动至刀具处， 而不需要在发射管中 运动， 避免了工件在长发射管中运动带来的轨迹 不确定性。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 115078150 A 2022.09.20 CN 115078150 A 1.一种基于二 次冲击技术的高速正交切削实验装置， 其特征在于， 包括动力系统、 发射 机构、 切削机构和高速摄 像机； 所述发射机构和 切削机构同轴设置； 所述动力系统包括气箱和子弹， 所述子弹用于为 导杆(4)提供动力； 所述发射机构包括依次固定连接 的发射管(1)、 基座(2)和导轨(3)； 所述导轨(3)上开 设有安装槽， 所述 安装槽中安装有导杆(4)， 所述 导杆(4)用于固定待加工 工件(5)； 所述切削机构包括两个对称设置的切削部， 所述切削部包括刀具夹片(7)、 刀具(8)、 力 传感器(9)和滑台； 所述刀具(8)安装在刀具夹片(7)上， 所述刀具夹片(7)和力传感器(9)， 所述力传感器(9)安装在滑台上； 所述高速摄 像机用于采集整个切削过程的图像。 2.根据权利要求1所述的一种基于二次冲击技术的高速正交切削实验装置， 其特征在 于， 所述安装槽为方 形槽。 3.根据权利要求1所述的一种基于二次冲击技术的高速正交切削实验装置， 其特征在 于， 所述导杆(4)的末端为楔形。 4.根据权利要求1所述的一种基于二次冲击技术的高速正交切削实验装置， 其特征在 于， 所述导杆(4)的重量和子弹的重量相等。 5.根据权利要求1所述的一种基于二次冲击技术的高速正交切削实验装置， 其特征在 于， 所述滑台为 三向可调滑台。 6.根据权利要求1所述的一种基于二次冲击技术的高速正交切削实验装置， 其特征在 于， 所述切削机构侧面设置有集屑槽(6)。 7.根据权利要求1所述的一种基于二次冲击技术的高速正交切削实验装置， 其特征在 于， 所述切削机构外侧设置有回收箱(12)， 所述回收箱(12)中填充 有缓冲材 料。 8.根据权利要求1所述的一种基于二次冲击技术的高速正交切削实验装置， 其特征在 于， 所述力传感器(9)的频率大于1M Hz。 9.根据权利要求1所述的一种基于二次冲击技术的高速正交切削实验装置， 其特征在 于， 还包括热像仪， 所述热像仪用于采集切削热图像。 10.一种基于二次冲击技术的高速正交切削实验方法， 基于权利要求1所述的实验装 置， 其特征在于， 包括以下步骤： 步骤1、 将待加工 工件(5)与导杆(4)固定连接； 步骤2、 调整滑台的X向位置， 使刀具(8)靠近待加工工件(5)， 调整滑台的Z方向的位置， 使待加工工件(5)厚度完全对应在刀 具(8)切削刃长度的范围内； 同时调整滑 台Y向、 X向的 位置， 使刀具(8)切削刃外侧与待加工工件(5)的待加工面接触， 完成对刀； 通过调整滑台的 X向位置， 将刀具后退到设定位置； 步骤3、 使滑台在Y向朝靠 近工件(5)的方向移动， 直至切削深度等于设定值； 步骤4、 将子弹放置在发射管(1)的入口， 调节气箱的气压值， 打开气阀开关的同时触发 力传感器(9)和高速摄像机， 子弹沿着发射管(1)加速运动， 运动到发射管(1)的出口处 时作 用于导杆(4)， 导杆(4)带着待加工工件(5)沿导轨(3)飞出， 与右侧的刀具(8)接触完成切 削； 步骤5、 获取切屑 及已加工工件， 通过力传感器获得切削力数据， 通过高速摄像机观察 切削过程并获得切削过程的切削速度数据。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115078150 A 2一种基于二次冲击技术的高 速正交切削实验装 置及实验方法 技术领域 [0001]本发明属于高速切削加工技术领域， 具体涉及一种基于二次冲击技术的高速正交 切削实验 装置及实验方法。 背景技术 [0002]高速切削技术由于其材料去除率高、 切 削力小、 表面质量高等特点在机械加工领 域受到了广泛的青睐和应用， 是金属切削行业发展的方向。 然而， 在高速切削时， 工件材料 受到刀具 的强烈冲击， 产生了极高的应变率， 导致材料变形过程相 较常规切削速度下发生 了显著改变， 其中比较明显的特征是切屑形态由连续状 向锯齿状乃至崩碎状改变。 此时材 料的内部组织和属 性均出现明显变化， 导致宏观力学状态变化， 传统的剪切滑移理论无法 对上述现象进 行透彻的解释 。 因此， 亟需深入理解材料的变化过程， 提出一种新的机制对传 统机制进行补充说明， 为后续指导高速切削刀具设计、 优化高速切削加工工艺及提升机床 使用效率奠定坚实的理论基础。 [0003]现有机床结构、 机床速度的限制， 阻碍了对高速切削机理的研究。 高速切削的速度 特别高、 危险系数大， 装置及切削过程的微量误差都会带来不可估量的后果， 这就对刀具和 工件的相互作用精度、 切削参数调定精度、 设备安全性提出很高的要求。 目前， 在高速切削 研究领域， 大多利用轻气炮及霍普金森压杆 的原理实现高速切削， 通过刀具或工件其中一 个加速， 另一个固定， 使工件和刀具碰撞挤压完成切削， 但现有装置用于工件或刀具加速的 发射管较长， 发射管的制造精度难以保证， 且刀具或工件在发射管中运动有不确定因素， 导 致工件或刀具运动轨 迹难以保证。 发明内容 [0004]为了克服现有技术存在的缺陷， 本发明提供一种基于二次冲击技术的高速正交切 削实验装置， 降低高速切削装置中工件在发射管中运动带来的轨 迹不确定性。 [0005]为达到上述目的， 本发明所述一种基于二次冲击技术的高速正交切 削实验装置， 包括动力系统、 发射机构、 切削机构和高速摄像机； 发射机构和切削机构同轴设置； 动力系 统包括气箱和子弹， 子弹用于为导杆提供动力； 发射机构包括依次固定连接的发射管、 基座 和导轨； 导轨上开设有安装槽， 安装槽中安装有导杆， 导杆用于固定待加工工件； 切削机构 包括两个对称设置的切削部， 切削部包括刀具夹片、 刀具、 力传感器和滑台； 刀具安装在刀 具夹片上， 刀具夹片和力 传感器， 力 传感器安装在滑台上； 高速摄像机用于采集整个切削过 程的图像。 [0006]进一步的， 安装槽为方 形槽。 [0007]进一步的， 导杆的末端为楔形。 [0008]进一步的， 导杆的重量和子弹的重量相等。 [0009]进一步的， 滑台为 三向可调滑台。 [0010]进一步的， 切削机构侧面设置有集屑槽 。说　明　书 1/5 页 3 CN 115078150 A 3