一种测量车刀副后刀面与零件已加工表面摩擦特性的装置

摘要

一种副后刀面与零件已加工表面摩擦特性测量装置，包括固定于车床机架上的测量单元、挤压单元和调整单元；所述测量单元接触被测工件用于表面摩擦特性测量；所述挤压元件挤压测量元件用于调整测量单元与被测元件之间的压力；所述调整单元控制测量单元的空间位置和测量角度。

说明书

技术领域

本发明涉及力学测量仪器设计制作领域，尤其涉及车削加工力学测量仪器设 计制作领域中的一种测量车刀副后刀面与零件已加工表面摩擦特性的装置。

背景技术

在金属的车削加工过程中，除了切削力、切削温度等现象影响着切削加工过 程外，摩擦对切削过程影响很大，譬如，刀具磨损、加工完了后零件的表面粗糙 度等都与切削过程中的摩擦有关。在金属切削加工中，根据零件与刀具的相互作 用过程，主要分为四个变形区，即剪切变形区，前刀面和切屑底部的摩擦区，已 加工表面和刀具副后刀面的摩擦区，刀具主后刀面与过渡表面的摩擦区，而摩擦 现象主要发生在四个变形区。其中剪切变形区属于内摩擦，而切屑底部与前刀面、 刀具主后刀面与过渡表面、副后刀面与已加工表面属于滑动摩擦。发生在这些位 置处的摩擦，会使切削力增大，切削温度升高，也会使切削过程变得不稳定。同 时，由于切削温度、接触压力等的变化，也会导致表面间的摩擦特性发生变化。 因此，研究不同表面的摩擦特性，能够深刻的认识切削过程。

其中刀具副后刀面与已加工表面的摩擦特性对切削过程的影响主要表现在：

1)影响零件的已加工表面的表面粗糙度。

2)影响来自于该变形区的摩擦力大小。

3)影响刀具副后刀面的磨损量。

发明内容

本发明的目的是设计一种测量车刀副后刀面与零件已加工表面摩擦特性的 装置，可以有效的满足车刀副后刀面与零件已加工表面摩擦特性的测量以及试 验。其具体的技术方案是：

一种副后刀面与零件已加工表面摩擦特性测量装置，包括固定于车床机架上 的测量单元、挤压单元和调整单元；

所述测量单元接触被测工件用于表面摩擦特性测量；

所述挤压元件挤压测量元件用于调整测量单元与被测元件之间的压力；

所述调整单元控制测量单元的空间位置和测量角度；

所述测量单元包括测量探针、探针固定架、测力仪固定架、导向轴、导向轴 固定支架、滑块和三维测力传感器构成，测量单元整体通过导向轴固定支架固定 于测量单元底板上，导向轴固定支架通过螺栓与测量单元底板固定连接，所述导 向轴固定架之间通过销钉固定导向轴，三维测力传感器固定于测力仪固定架之 上，所述三维测力传感器与测量单元底板之间具有间隙不接触，测力仪固定架两 侧的滑块套设于导向轴外部并能够沿导向轴滑动，三维测力传感器随滑块同方向 同步滑动，所述测量探针的顶部圆球形探头一端直接接触被测工件表面，测量探 针的尾部一端通过探针固定架与三维测力传感器抵靠，三维测力传感器实现测量 功能；

所述挤压单元包括液压缸和液压缸固定板，所述液压缸通过液压缸固定板固 定安装于测量单元底板上，液压缸的活塞轴抵住测力仪固定架，对测量单元提供 压力，使测量探针能以一定的正压力与被测工件表面接触；

所述调整单元包括轴向转动调整单元、竖直方向移动调整单元和水平面二维 移动调整单元；

所述水平面二维移动调整单元实现测量装置的水平面横向和纵向移动调整， 包括横向滑动机构和纵向滑动机构，所述纵向滑动机构包括固定于车床刀架上的 纵向导轨，纵向滑动板设于纵向导轨上，所述横向滑动机构包括设于纵向滑动板 上的横向导轨，横向滑动板设于横向导轨上，所述横向滑动机构和纵向滑动机构 均设有紧固旋钮，紧固旋钮可固定横向滑动机构和纵向滑动机构于一固定位置；

所述竖直方向移动调整单元实现测量装置的竖直方向移动调整，包括丝杠固 定板、丝杠、丝杠旋钮、丝杠螺母、支撑板和轴承，丝杠固定板和横向滑动板固 定连接，丝杠通过轴承分别与丝杠固定板和横向滑动板相连，丝杠螺母和支撑板 固定安装，丝杠旋钮和丝杠固定连接，旋转丝杠旋钮时，支撑板可以上升或者下 降；

所述机床轴向转动调整单元实现测量装置的轴向转动调整，包括步进电机、 联轴器、减速箱和传动输出轴，步进电机固定安装于支撑板上，步进电机通过联 轴器和减速箱输入轴相连接，减速箱固定安装于支撑板上，减速箱内部为蜗轮蜗 杆减速机构，所述蜗轮蜗杆减速机构包括与减速箱输入轴相连的蜗杆，蜗杆与蜗 轮的齿部连接，涡轮连接输出轴，输出轴与测量单元底板固定连接，蜗杆端部与 减速箱通过轴承配合旋转固定，轴承外部设有轴承端盖封闭。

采用上述装置，可以精确的测试副后刀面与零件已加工表面摩擦特性，并且 适合任意形状的刀具和不同的角度，能够准确的模拟现实生产中机件加工的现场 条件，能更好的适应不同轴径、不同加工条件以及不同测量要求，自由调整探针 探头与车刀的相对位置。

附图说明

图1是本发明整体图。

图2是本发明测量单元和挤压单元立体图。

图3是本发明测量单元和挤压单元侧视图。

图4是本发明调整单元整体示意图。

图5是本发明水平滑动机构立体图。

图6是本发明竖直方向移动调整单元结构立体图。

图1～图6附图标记说明如下：

1.测量探针

2.探针固定架

3.测力仪固定架

4.导向轴固定支架

5.三维测力传感器

6.滑块

7.导向轴

8.液压缸

9.液压缸固定板

10.测量单元底板

11.输出轴

12.减速箱

13.联轴器

14.步进电机

15.电机底座

16.轴承端盖

17.丝杠固定板

18.螺母

19.支撑板

20.丝杠

21.导向杆

22.丝杠旋钮

23.横向滑动板

24.纵向滑动板

25.蜗杆

26.轴承

27.轴承端盖

28.蜗轮

29.滑块紧固旋钮

30.轴承

31.销钉

具体实施方式

下面结合附图具体说明本发明内容：

如图1所示，本发明涉及一种副后刀面与零件已加工表面摩擦特性测量装 置，包括固定于车床机架上的测量单元、挤压单元和调整单元，调整单元包括轴 向转动调整单元、竖直方向移动调整单元和水平面二维移动调整单元；测量单元 接触被测工件用于表面摩擦特性测量；挤压元件挤压测量元件用于调整测量单元 与被测元件之间的压力；调整单元控制测量单元的空间位置和测量角度。其通过 测量探针1与被测工件表面相接触。本发明装置测量单元和挤压单元同时固定安 装于测量单元底板10上，其主要负责应力测量工作。测量单元底板10通过输出 轴11与机床轴向转动调整单元相连，从而可以实现测量单元的机床轴向转动。 轴向转动调整单元的减速箱12内部传动机构为蜗轮蜗杆机构，蜗轮蜗杆机构拥 有机械自锁功能，可以实现测量单元机床轴向调整正确后的有效固定。轴向转动 调整单元通过支撑板19与竖直方向移动调整单元连接，竖直方向移动调整单元 为螺旋升降机构。竖直方向移动调整单元固定安装在水平面二维移动调整单元 上。水平面二维移动调整单元是由水平面横向滑动机构和纵向滑动机构组成。

图2和图3是本发明挤压单元和测量单元的立体图和侧视图。测量探针1顶 部圆球形探头直接接触被测工件已加工表面，尾部抵靠在三维测力传感器5上， 测力仪固定架3将三维测力传感器5固定起来并且不与测量单元底板10接触， 滑块6固定在测力仪固定架3上，导向轴7通过销钉31固定在导向轴固定支架 4上，导向轴固定支架4通过螺栓连接固定在测量单元底板10上。滑块能在导 向轴上滑动，从而使三维测力传感器5也能在该方向上滑动。液压缸8由液压缸 固定板9固定在测量单元底板10上。液压缸8的活塞轴抵住测力仪固定架3， 对三维测力传感器5提供压力，使探针1能接触到被测工件已加工表面。

如图4所示本发明调整单元整体示意图，调节单元的功能是能调节测量装置 使其能沿输出轴11旋转，沿z轴升降以及沿x、y轴平移，包括轴向转动调整单 元、竖直方向移动调整单元和水平面二维移动调整单元。调节单元的作用是对测 量装置的位置进行调节，从而使测量装置能更好的适应不同轴径、不同加工条件 以及测量要求不同时，探针探头与车刀的相对位置。

整个测量装置由输出轴11与调节单元连接。减速箱12是蜗轮蜗杆传动。蜗 杆25与步进电机14的轴通过联轴器13进行连接，步进电机14转动带动蜗杆转 动从而使蜗轮28转动，实现对测量单元进行旋转调整。并且由于蜗轮蜗杆机械 自锁功能，能对测量装置进行正确定位，不会发生回转。蜗杆轴部分与传动箱体 通过轴承26配合，轴承26外部设有轴承端盖27。减速箱12和步进电机14均 固定在支撑板19上。支撑板19通过丝杠螺母升降装置即竖直方向移动调整单元 可以实现上下移动。

如图5所示本发明水平滑动机构立体图，纵向滑动板24下方的T型滑块配 合在安装了T型导轨的底板上，纵向滑动板24能够沿导轨在加工工件轴向方向 来回运动，并且纵向滑动板24上面也安装导轨(图5)，横向滑动板23配合安 装在纵向滑动板24上方，能够沿导轨在加工工件径向方向来回运动，这样就实 现了对装置进行x、y轴方向的位移调节。紧固旋钮29能使纵向滑动板24和横 向滑动板23位置固定。在位置调节好之后，加工过程中，整个装置都随着车刀 的进给而移动，始终与车刀保持相对固定位置。

如图6所示本发明竖直方向移动调整单元结构立体图，丝杠固定板17通过 螺钉与侧板连接。丝杠固定板17和底板均有台阶孔，安装了轴承30与丝杠20 的两端小段光轴配合，固定了其除旋转外的其他自由度。轴承由轴承端盖16通 过螺钉连接固定在丝杠固定板17上。丝杠旋钮22与丝杠20通过销钉固定连接。 旋转丝杠旋钮22时，丝杠20转动，在导向杆21的共同作用下，使螺母18带动 支撑板19沿丝杠20上下运动，最终实现对测量单元进行z轴位移调整。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，熟悉本领域的技术人员在本发明揭 露的范围内，可轻易想到的变化，都应涵盖在本发明的保护范围之内。