題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 金屬切削過程動(dòng)態(tài)觀測(cè)系統(tǒng)的研制
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 一臺(tái)低成本，高功能的金屬切削動(dòng)態(tài)觀察裝置正是當(dāng)下最緊缺的。本對(duì)此進(jìn)行了縝密的研究，拋棄高成本的觀察裝置，另辟新境：該裝置就是順應(yīng)目前的發(fā)展趨勢(shì)而設(shè)計(jì)、制造的。該實(shí)驗(yàn)裝置主要用于更加細(xì)致、深入觀察和探究切削過程，切削層變形的具體過程和切屑形態(tài)、積屑瘤形狀和特點(diǎn)等。是依靠現(xiàn)有技術(shù)，設(shè)計(jì)出新的實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)小成本、大制作，可以為所需要的各高校、科研機(jī)構(gòu)等降低實(shí)驗(yàn)成本，提供更加方便、實(shí)惠的相關(guān)實(shí)驗(yàn)裝置。
- 詳細(xì)介紹：
- 金屬的機(jī)器零件可能經(jīng)過的加工方式可分為塑性加工，加熱加壓成型加工，機(jī)械加工，高能加工，電及化學(xué)加工等幾大類。塑性加工又分為熱鍛加工，軋壓加工，冷拔加工，擠壓加工，冷鍛加工，剪切加工和彎曲加工????在這些加工工藝中，機(jī)械加工可包括用道具加工——切削加工，在機(jī)械制造過程中所占比重最大，用途最廣。目前機(jī)械制造中所用的工作母機(jī)有80%-90%仍為金屬切削機(jī)床。日本近年來每年消費(fèi)在與切削加工有關(guān)的費(fèi)用超過10000億日元;美國(guó)每年消耗在切削加工方面的費(fèi)用近年達(dá)1000億美元，在工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家中，國(guó)民經(jīng)濟(jì)中創(chuàng)造物質(zhì)財(cái)富部分，制造業(yè)占著主導(dǎo)地位；而且各個(gè)經(jīng)濟(jì)部門都必須有相當(dāng)?shù)臋C(jī)械制造力量。由上面所列的數(shù)據(jù)可知：機(jī)械制造業(yè)的切削加工在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中處于十分重要的地位。 而在切削加工領(lǐng)域，掌握金屬切削的規(guī)律，進(jìn)而提高切除效率，降低成本和保證質(zhì)量很是重要。如果不懂得金屬切削時(shí)，切屑是如何被切下來的，則對(duì)金屬切削加工中的各種物理現(xiàn)象，如切削力，刀具磨損和加工表面質(zhì)量等就無從研究起，更不用說解決生產(chǎn)實(shí)踐中的諸多問題了。因此金屬切削變形過程的研究，是金屬切削基礎(chǔ)理論的一個(gè)基本問題。 現(xiàn)在應(yīng)用于切削層變形過程動(dòng)態(tài)觀察的實(shí)驗(yàn)方法主要有：高速攝影法、快速落刀法、側(cè)面變形觀察法、在線瞬態(tài)體視攝影系統(tǒng)、掃描電鏡顯微觀察法、光彈性光塑性試驗(yàn)法等。 目前金屬切削動(dòng)態(tài)觀測(cè)中，側(cè)面觀察法操作簡(jiǎn)單，觀察效果清晰，所以我們組采用的觀察法基于側(cè)面觀察法的原理，并且對(duì)其進(jìn)行了整體的重新設(shè)計(jì)，具有自己的特色，與銑床改裝后的觀測(cè)裝置相比較，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)，通過電機(jī)-鏈輪-絲杠-大螺母的傳動(dòng)連接，大大降低了生產(chǎn)的成本，降低了實(shí)驗(yàn)觀察時(shí)所需要的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)；并且，同時(shí)在龍門刀架上安裝有改裝物鏡攝像頭的攝像機(jī)，攝像頭緊貼金屬代加工表面，保證了圖像的清晰度，同時(shí)物鏡攝像頭確保了5-50倍的放大倍數(shù)，足夠的放大倍數(shù)保證了較強(qiáng)的觀察效果，可以清晰的辨別出切屑的變形區(qū)，剪切角等等 該切削層變形過程動(dòng)態(tài)觀察的實(shí)驗(yàn)裝置是順應(yīng)目前的發(fā)展趨勢(shì)設(shè)計(jì)、制造的，主要用于更加細(xì)致、深入觀察和探究切削過程，切削層變形的具體過程和切屑形態(tài)、積屑瘤形狀和特點(diǎn)等，是依靠現(xiàn)有技術(shù)，設(shè)計(jì)出新的實(shí)驗(yàn)裝置，可以為所需要的各高校、科研機(jī)構(gòu)等降低實(shí)驗(yàn)成本，提供更加方便、實(shí)惠的相關(guān)實(shí)驗(yàn)裝置。 目前為止應(yīng)用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)技術(shù)的其他實(shí)驗(yàn)裝置往往不具備針對(duì)性，或使用性較低或成本較高，本“切削層變形過程動(dòng)態(tài)觀察的實(shí)驗(yàn)裝置”，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)、制作方面都采用新的技術(shù)和方案，照以往的實(shí)驗(yàn)裝置有了很大創(chuàng)新與改進(jìn)。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置相比，此實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，通過變頻器改變電機(jī)頻率，以此來調(diào)節(jié)工件移動(dòng)的速度，從而使得切削過程可以在不同的速度下進(jìn)行。攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)的安裝，更加方便了學(xué)生對(duì)整個(gè)切削過程的觀察，更清楚的了解切削的每一個(gè)細(xì)節(jié)。同時(shí)，此實(shí)驗(yàn)裝置的一體化設(shè)計(jì)，免去了以往實(shí)驗(yàn)繁雜的步驟，使切削實(shí)驗(yàn)變的簡(jiǎn)單有趣，效果更佳。從而本項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)有： （1）能觀察到動(dòng)態(tài)的切削過程，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀； （2）能進(jìn)行圖像采集、存儲(chǔ)、打印，使用方便； （3）能直接測(cè)量剪切角、切屑厚度、刀具前角、后角。 （4）切削速度度可調(diào) （5）通過電動(dòng)機(jī)-鏈輪-絲杠-大螺母，進(jìn)行傳動(dòng)，大大降低了成本 （6）攝像機(jī)觀察，放大倍數(shù)可以自行調(diào)節(jié)，觀察更加清晰明了
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 由于金屬切削的工作條件十分惡劣，物理過程的跟蹤觀測(cè)非常困難，而且觀測(cè)設(shè)備昂貴、試驗(yàn)周期長(zhǎng)、人力物力消耗大、綜合成本很高，使得其各種試驗(yàn)方法分析的結(jié)果往往不夠全面，如側(cè)面變形觀察法是通過觀察材料側(cè)面人工繪制的細(xì)小方格變形來推測(cè)金屬的變形。為解決因積屑瘤的形成及其對(duì)切削過程的影響，對(duì)金屬切削過程動(dòng)態(tài)觀測(cè)就顯得尤為重要。因此金屬切削過程動(dòng)態(tài)觀測(cè)系統(tǒng)也便應(yīng)運(yùn)而生。目前金屬切削動(dòng)態(tài)觀測(cè)中，側(cè)面觀察法操作簡(jiǎn)單，觀察效果清晰，所以我們組采用的觀察法基于側(cè)面觀察法的原理，并且對(duì)其進(jìn)行了整體的重新設(shè)計(jì)，具有自己的特色，與銑床改裝后的觀測(cè)裝置相比較，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)，通過電機(jī)-鏈輪-絲杠-大螺母的傳動(dòng)連接，大大降低了生產(chǎn)的成本，降低了實(shí)驗(yàn)觀察時(shí)所需要的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)；并且，同時(shí)在龍門刀架上安裝有改裝物鏡攝像頭的攝像機(jī)，攝像頭緊貼金屬代加工表面，保證了圖像的清晰度，同時(shí)物鏡攝像頭確保了5-50倍的放大倍數(shù)，足夠的放大倍數(shù)保證了較強(qiáng)的觀察效果，可以清晰的辨別出切屑的變形區(qū)，剪切角等等 相關(guān)技術(shù)：絲杠傳動(dòng)。調(diào)頻變速電動(dòng)機(jī)通過兩級(jí)擺針式行星輪減速器將動(dòng)力傳遞給絲杠；刀架進(jìn)給運(yùn)動(dòng)龍門架正面安裝有刀架，并能調(diào)節(jié)刀具的高度，調(diào)節(jié)范圍為0mm-20mm；電氣控制部分。變頻器的輸出頻率與電壓成比例變化。電流與負(fù)載有關(guān)系，與輸出頻率或電壓沒有直接的關(guān)系；檢測(cè)顯示部分。龍門架側(cè)面安裝有顯微攝像機(jī)架，其上還安裝有顯微攝像機(jī)，并能上下和左右兩個(gè)方向調(diào)節(jié)顯微攝像機(jī)位置，上下調(diào)節(jié)范圍為0mm-50mm，左右調(diào)節(jié)范圍為0mm-100mm。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 價(jià)格合理體積合適：國(guó)內(nèi)外尚未有見到報(bào)道電動(dòng)機(jī)與變頻器相連，以此來調(diào)節(jié)工件移動(dòng)的速度，從而使得切削過程慢速進(jìn)行。攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)的安裝，方便學(xué)生對(duì)整個(gè)切削過程的觀察。同時(shí)，此實(shí)驗(yàn)裝置的一體化設(shè)計(jì)，避免繁雜的步驟。 觀察清晰：該產(chǎn)品提供了專門的攝影裝置，直接對(duì)切削過程中，切削層的變形過程進(jìn)行拍攝，通過計(jì)算機(jī)顯示器對(duì)畫面進(jìn)行放大，更加清晰、明了，而且該裝置的切削速度很低（1mm到20mm每分鐘）。隨時(shí)可以觀察隨時(shí)可以清晰的觀測(cè)。 實(shí)驗(yàn)難度低，成功率高：快速落刀法，需要使用快速落刀裝置，得到切削根，制成金相試樣，在顯微鏡下進(jìn)行。雖然成本較低，但實(shí)驗(yàn)難度較高、成功率較低，步驟繁瑣，耗時(shí)長(zhǎng)，最大的缺點(diǎn)是靜態(tài)觀察，不適宜做教學(xué)實(shí)驗(yàn)的觀察；而該產(chǎn)品操作簡(jiǎn)單、使用方便，加工時(shí)間較短，又能用于動(dòng)態(tài)觀察，特別直觀、易懂，故特別適合使用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)等方面。 研究成的裝置具有可調(diào)速度功能和預(yù)顯示功能：可人機(jī)對(duì)話，設(shè)計(jì)合理，性能可靠，使用安全節(jié)能，調(diào)試和安裝工藝都很簡(jiǎn)單，此外該設(shè)備和可以用于模擬大型實(shí)驗(yàn)裝置。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 已經(jīng)通過學(xué)校審查
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 產(chǎn)品轉(zhuǎn)讓和技術(shù)轉(zhuǎn)讓均可
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 機(jī)械專業(yè)研究金屬切削變形時(shí)，大多數(shù)采取實(shí)驗(yàn)觀察，以達(dá)到學(xué)生了解金屬切削全過程的目的。就目前較好的側(cè)面觀察法而言，由銑床改造，造價(jià)在數(shù)十萬元以上，而我們的作品造價(jià)在一萬元以下，節(jié)省費(fèi)用高達(dá)約90%。顯而易見，我們的作品可以大大節(jié)約各所院校的教學(xué)支出。 對(duì)于一些專門從事研究金屬切削原理的機(jī)構(gòu)，我們的作品也會(huì)讓他們大大的受益。作品價(jià)格低，而且體積小，可以自由移動(dòng)，其強(qiáng)大的靈活性更是傳統(tǒng)銑床改造后的實(shí)驗(yàn)裝置所無法取代的。 我們的圖像采集系統(tǒng)在采用攝像系統(tǒng)進(jìn)行圖像采集的同時(shí)，監(jiān)控器的鏡頭也做了相應(yīng)的改進(jìn)——將一物鏡鏡頭（放大倍數(shù)4-5左右）取代傳統(tǒng)攝像機(jī)鏡頭，使圖像更加清晰，較大的放大倍數(shù)會(huì)使觀察效果更理想，更有助于切削機(jī)理的展示，在切削圖像的采集方面，我們的作品所成圖像更為清晰。 綜上，在造價(jià)上要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于銑床改進(jìn)后的金屬切削實(shí)驗(yàn)裝置，在圖像采集上也毫不遜色于其它側(cè)面觀察實(shí)驗(yàn)裝置，并且我們的作品體積小，可移動(dòng)，一經(jīng)問世，一定會(huì)被大眾所親睞，具有較好的市場(chǎng)前景，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。
同類課題研究水平概述
- 現(xiàn)在應(yīng)用于切削層變形過程動(dòng)態(tài)觀察的實(shí)驗(yàn)方法主要有：高速攝影法、快速落刀法、側(cè)面變形觀察法、在線瞬態(tài)體視攝影系統(tǒng)、掃描電鏡顯微觀察法、光彈性光塑性試驗(yàn)法等。 1）高速攝影法：利用高速攝影機(jī)，拍攝被切削試件的側(cè)面，可以得到一個(gè)完整的切屑形成過程的真實(shí)圖像。即使在切削速度較高時(shí)彌補(bǔ)肉眼觀察的不足。常用的高速攝影機(jī)每秒可拍攝幾百幅到一萬幅以上。 2）快速落刀法：利用一種特殊的刀架，叫做“快速落到裝置”，在某一瞬間使刀具以很快的速度脫離工件，固名“快速落刀法”。 用快速落刀裝置，使刀具在切削過程中快速退出切削區(qū)，就可以將切屑根部的某一瞬間的變形狀態(tài)保留下來。刀具退出后切屑仍與試件相連。將切屑根部連同切屑一起，從試件上取下來，制成磨片，在顯微鏡下面進(jìn)行觀察和拍照，了解切削過程的本質(zhì)。 3）側(cè)面觀察法：工件作直角自由切削時(shí)，從側(cè)面觀察切屑的金屬變形情況。在低速下，可以直接觀察從刀刃接觸工件開始知道切屑形成的整個(gè)過程。通常，為了對(duì)金屬切削層各點(diǎn)的變形看的更清楚，可以將工件側(cè)面拋光，畫出細(xì)小的方格，觀察切削過程中這些方格如何被扭曲，借以判斷和認(rèn)識(shí)切削層的塑性變形情況，即側(cè)面方格形觀察法。 我們的作品采用的觀察方法與側(cè)面變形觀察法相比： 側(cè)面變形觀察法是眾多方法中較簡(jiǎn)便的方法，但都是通過改造銑床實(shí)現(xiàn)的，包括銑床在內(nèi)的整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)成本接近10萬元，用于科研已是很難接受，更不用說用于教學(xué)；而該產(chǎn)品自行設(shè)計(jì)、制作，大大降低了成本需求，更加具有針對(duì)性。例如廣東某大學(xué)用液壓牛頭刨床進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)。其成本造價(jià)非常之高，并且刨床體積碩大僅局限于大型車間中使用，不適宜在試驗(yàn)室中進(jìn)行觀察試驗(yàn)。天津某大學(xué)用改造銑床進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)。如前所述其造價(jià)甚高不宜在實(shí)驗(yàn)中使用。 總之，與其他實(shí)驗(yàn)裝置相比，該產(chǎn)品成本低廉，更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠；而且操作簡(jiǎn)單、方便，可以一邊切削一邊觀察，現(xiàn)象明顯，效果很好。由此可以對(duì)切削層具體結(jié)構(gòu)、形狀、形成過程以及積屑瘤形成的過程等進(jìn)行深入觀察與分析。
