提高碳纖維復合材料直角切削實驗精度的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于難加工材料切削加工領域，涉及一種提高碳纖維復合材料直角切削實驗精度的方法。
【背景技術】
[0002]碳纖維增強樹脂基復合材料由于細觀上呈現(xiàn)由纖維和樹脂構成的混合形態(tài)，宏觀上呈現(xiàn)各向異性和疊層特征，加工中極易產生損傷及刀具磨損，制約復材制件的高質高效加工。因此，需通過原理性實驗來揭示各向異性多相材料細觀破壞與宏觀材料去除的關聯(lián)機理。原理性實驗通常通過對碳纖維復合材料進行直角切削，觀察其切削層材料形成切肩脫離材料表面的過程，并分析其切削力，從而探究其去除機理。然而，實驗樣件多由銑削制得，銑削過程易造成面下?lián)p傷，其深度通常超過直角切削實驗的切深。因此，若使用帶有初始面下?lián)p傷的實驗樣件進行直角切削實驗，將無法觀察到材料在無損狀態(tài)下的去除過程，也無法獲得能真實反映材料與刀具相互作用的切削力數(shù)據(jù)。同時，實驗中實際切深與實驗預設值往往存在偏差，若實際切深偏大易因切削力過大導致樣件損傷嚴重，加劇刀具磨損。
[0003]目前，部分學者針對碳纖維復合材料進行了直角切削實驗以研究其切削機理，然未對直角切削實驗的精度進行相關探討，例如G.Venu Gopala Rao等人發(fā)表的《Micro-mechanical modeling of machining of FRP composites - Cutting forceanalysis)) 一文在((Composites Science and Technology)) 2007 年第 67 期第 579 到 593頁中，研究了直角切削中切深、纖維角度、刀具前角對切削力的影響，然而，未對直角切削實驗的精度進行探討。因此，為提高實驗精度，需消除樣件初始面下?lián)p傷的影響；還需對實驗中實際切深進行精確測量及控制，使其與實驗預設值相等，從而提高直角切削實驗的實驗精度。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術的缺陷，提高碳纖維復合材料直角切削實驗精度，發(fā)明了一種提高碳纖維復合材料直角切削實驗精度的方法，該方法在直角切削之前，先對碳纖維復合材料樣件進行磨削預處理，即將碳纖維復合材料樣件固定在直線電機的動子上，由動子搭載樣件經過三軸磨床完成對樣件的預處理，去除樣件初始面下?lián)p傷區(qū)域，并使其待加工表面具有高平面度。再利用超景深顯微裝置進行精確對刀，對實際切深進行調整和精確測量，以保證實際切深與實驗預設值相同，進而提高了直角切削實驗的實驗精度。
[0005]本發(fā)明采用的技術方案是一種提高碳纖維復合材料直角切削實驗精度的方法，其特征是，該方法先將碳纖維復合材料樣件固定在直線電機的動子上，由動子搭載樣件經過三軸磨床完成對樣件的預處理，去除樣件初始面下?lián)p傷區(qū)域，并使其待加工表面具有高平面度；再利用超景深顯微裝置進行精確對刀，對實際切深進行精確測量和調整，以保證實際切深與實驗預設值相同，提高直角切削實驗的精度；實驗方法具體步驟如下:
[0006]I)搭建實驗裝置
[0007]將樣件4通過樣件夾具3安裝在直線電機2的動子上，直線電機2通過T型螺栓與床身I相連；將刀具9通過刀具夾具8安裝在測力儀7上，測力儀7通過螺栓安裝在微位移平臺6上，微位移平臺6和超景深顯微裝置10分別通過T型螺栓安裝在床身I上，將三軸磨床5通過T型螺栓與床身I相連。
[0008]2)實驗設置
[0009]接通超景深顯微裝置10的電源，使其顯微視場對準刀具9 ;接通直線電機2的電源，設定直線電機2動子的運動速度作為預處理過程的進給速度，調節(jié)三軸磨床5，使其加工高度與樣件4的高度相同。
[0010]3)采用磨床進行預處理
[0011]啟動三軸磨床5，使其砂輪運轉；啟動直線電機2，使其動子按預設速度經過三軸磨床5，完成對樣件4的磨削預處理。
[0012]4)進行顯微對刀
[0013]當直線電機2動子到達刀具9附近時停止直線電機2，使用超景深顯微裝置10的測量功能測量刀具9和預處理后的樣件4的相對位置，計算出實際切深；通過調節(jié)微位移平臺6對實際切深進行調整，使之與實驗設定切深相同。
[0014]5)進行直角切削實驗
[0015]將直線電機2反向運行一段距離，使其動子距離刀具9的距離超過其動子加速距離；設定直線電機2的速度作為直角切削實驗的切削速度，啟動直線電機，完成直角切削實驗。
[0016]本發(fā)明的有益效果是通過使用三軸磨床對樣件進行預處理，去除樣件初始面下?lián)p傷區(qū)域，并使其待加工表面具有高平面度；利用超景深顯微裝置進行精確對刀從而保證實際切深與實驗預設值相同，提高了直角切削實驗精度。本發(fā)明涉及的裝置簡單，操作容易。
【附圖說明】
[0017]圖1一種提高碳纖維復合材料直角切削實驗精度的方法所使用的裝置，其中:1 一床身，2—直線電機，3—樣件夾具，4一樣件，5—三軸磨床，6—微位移平臺，7—測力儀，8—刀具夾具，9 一刀具，10 一超景深顯微裝置。
【具體實施方式】
[0018]下面結合技術方案和附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施。
[0019]在附圖1中，床身I上安裝有直線電機2、微位移平臺6以及超景深顯微裝置10。樣件4通過樣件夾具3裝夾，安裝在直線電機2的動子上。實驗時，直線電機2的動子搭載樣件4經過三軸磨床5完成預處理，通過超景深顯微裝置10對實際切深進行測量，通過調節(jié)微位移平臺6對實際切深進行調節(jié)使其與實驗預設切深相同。然后重新啟動直線電機2，設定其速度作為直角切削速度，完成直角切削實驗。直線電機2的速度調節(jié)范圍是0.1m/s?5m/s，加速度最大為3g，在預處理過程中使用低速用于進給，在直角切削實驗中選用高速作為切削速度；三軸磨床5的轉速為3000rpm ;微位移平臺6可沿垂直于直線電機2動子運動的方向調節(jié)，用于設定直角切削實驗的切深，其行程為0-150 μπι，開環(huán)和閉環(huán)的最小分辨率為I μπι;測力儀7安裝在刀具夾具8的下方，用于測量直角切削實驗中的切削力；超景深顯微裝置10的視場中心正對刀具9，以便清楚觀察直角切削中碳纖維復合材料的成肩過程，其視場大小約為13 μ m2。
[0020]實驗方法的具體步驟如下:
[0021]第一步:搭建實驗裝置
[0022]將樣件4通過樣件夾具3安裝在直線電機2的動子上，直線電機2通過T型螺栓與床身I相連；將刀具9通過刀具夾具8安裝在測力儀7上，測力儀7通過螺栓安裝在微位移平臺6上，微位移平臺6和超景深顯微裝置10分別通過T型螺栓安裝在床身I上，將三軸磨床5通過T型螺栓與床身I相連。
[0023]第二步:完成實驗設置
[0024]接通超景深顯微裝置10的電源，調節(jié)其視場使之對準刀具9 ;接通直線電機2的電源，設定直線電機2動子的運動速度為0.lm/s作為預處理過程的進給速度。調節(jié)三軸磨床5，使其加工高度與樣件4的高度相同。
[0025]第三步:采用磨床進行預處理
[0026]啟動三軸磨床5，使其砂輪運轉，其轉速為3000rpm ;啟動直線電機2，使其動子以
0.lm/s的速度經過三軸磨床5，完成對樣件4的磨削預處理。
[0027]第四步:進行顯微對刀
[0028]當直線電機2動子到達刀具9附近時停止直線電機2，使用超景深顯微裝置10的測量功能測量刀具9和預處理后的樣件4的相對位置，計算出實際切深；通過調節(jié)微位移平臺6對實際切深進行調整，使之與實驗設定切深相同，實驗設定的切深為30 μm。
[0029]第五步:進行直角切削實驗
[0030]將直線電機2反向運行一段距離，約150mm，將直線電機2的速度設定為2m/s作為直角切削實驗的切削速度，啟動直線電機，完成直角切削實驗。
[0031]通過本發(fā)明可以提高碳纖維復合材料直角切削實驗的實驗精度。先通過對碳纖維復合材料樣件進行磨削預處理，去除初始面下?lián)p傷區(qū)域，并使其待加工表面具有高平面度；再通過使用超景深顯微裝置對實際切深進行測量，并通過調節(jié)微位移平臺對實際切深進行調整，使之與實驗設定切深相同。本發(fā)明涉及的裝置簡單，操作容易，能有效提高碳纖維復合材料直角切削實驗的實驗精度。
【主權項】
1.一種提高碳纖維復合材料直角切削實驗精度的方法，其特征是，樣件通過直線電機動子搭載，通過三軸磨床進行預處理，去除初始面下?lián)p傷區(qū)域，并使其待加工表面具有高平面度；利用超景深顯微裝置進行精確對刀從而保證實際切深與實驗預設值相同，提高直角切削實驗的精度；實驗方法的具體步驟如下: 1)搭建實驗裝置 將樣件(4)通過樣件夾具(3)安裝在直線電機(2)的動子上，直線電機(2)通過T型螺栓與床身(I)相連；將刀具(9)通過刀具夾具(8)安裝在測力儀(7)上，測力儀(7)通過螺栓安裝在微位移平臺(6)上，微位移平臺(6)和超景深顯微裝置(10)分別通過T型螺栓安裝在床身(I)上，將三軸磨床(5)通過T型螺栓與床身(I)相連； 2)實驗設置 接通超景深顯微裝置(10)的電源，使其顯微視場對準刀具(9);接通直線電機(2)的電源，設定直線電機(2)動子的運動速度作為預處理過程的進給速度；調節(jié)三軸磨床(5)，使其加工高度與樣件(4)的高度相同； 3)采用磨床進行預處理 啟動三軸磨床(5)，使其砂輪運轉；啟動直線電機(2)，使其動子按預設速度經過三軸磨床(5)，完成對樣件(4)的磨削預處理； 4)進行顯微對刀 當直線電機(2)動子到達刀具(9)附近時停止直線電機(2)，使用超景深顯微裝置(10)的測量功能測量刀具(9)和預處理后的樣件(4)的相對位置，計算出實際切深；通過調節(jié)微位移平臺(6)對實際切深進行調整，使之與實驗設定切深相同； 5)進行直角切削實驗 將直線電機(2)反向運行一段距離，使其動子距離刀具(9)的距離超過其動子加速距離；設定直線電機(2)的速度作為直角切削實驗的切削速度，啟動直線電機，完成直角切削實驗。
【專利摘要】本發(fā)明提高碳纖維復合材料直角切削實驗精度的方法屬于難加工材料切削加工領域，涉及一種提高碳纖維復合材料直角切削實驗精度的方法。該方法先將碳纖維復合材料樣件固定在直線電機的動子上，由動子搭載樣件經過三軸磨床完成對樣件的預處理，去除樣件初始面下?lián)p傷區(qū)域，并使其待加工表面具有高平面度。再利用超景深顯微裝置進行精確對刀，對實際切深進行精確測量和調整，以保證實際切深與實驗預設值相同，提高直角切削實驗的精度。該方法通過搭建實驗裝置和實驗設置，采用磨床進行預處理，通過顯微對刀、直角切削實驗等步驟完成。本發(fā)明涉及的裝置簡單，操作容易，能有效提高碳纖維復合材料直角切削實驗的實驗精度。
【IPC分類】G01N3/58
【公開號】CN105136600
【申請?zhí)枴緾N201510532683
【發(fā)明人】王福吉, 張博宇, 宿友亮, 賈振元, 陳晨
【申請人】大連理工大學
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年8月26日