一种切削区摩擦自生电流的检测装置及检测方法

1.本发明涉及金属切削加工技术领域，具体为一种切削区摩擦自生电流的检测装置及检测方法。


背景技术：

2.材料在相互摩擦接触的过程中也会发生电荷转移与积累，产生摩擦起电的现象。摩擦后分离过程中，两物体的接触面上有些凸出的部分，电荷被聚集在这里，产生强电场，这种自生电场还会引起材料表面的外逸电子发射。yamamoto等认为干摩擦时由于摩擦热引起的电子流动在两摩擦元件之间会产生电压，他将这种电压称为自生电压，当施加一个与自生电压相反的外电压后，摩擦系数将变小，减小幅度在3％到68％之间。iwai研究了外加电压对15号和45号钢干摩擦特性的影响，发现利用外加电压抵消自生电势后，摩擦系数可下降约10％，磨损量可下降约50％。陈仁际、翟文杰等研究了多种金属自生电势与摩擦力之间的相关性，发现外加电压抵消自生电势时的摩擦系数最低，根据摩擦副材料的不同，摩擦系数最大可降低12％-26％，而施加反向电压时，摩擦系数可增加约10％。这些研究表明摩擦界面间存在自生电压/电场，而自生电势只在干摩擦条件下较为有效，可使用外加电场抵消自生电势来降低摩擦系数。
3.切削过程包括工件与刀具的接触、摩擦和分离3个阶段，同样也符合静电学理论的摩擦起电成因。切削摩擦时，工件和刀具分别带上异种电荷，从而产生自生电压/电场。切削过程中刀具与工件摩擦而导致静电产生的现象已被证实，olufayo等的研究表明，在超精密车削聚合物透镜时检测到高达1kv左右的高压静电，静电大小与车削速度和进给速度呈高相关性。苏联学者波斯特尼柯夫等人在金属切削刀具与工件热电势测量中发现流过闭合热电回路的电流对加工过程和表面质量及刀具寿命都有很大的影响。切削区域电场的存在，会影响切削液的渗入性能，因此，对于切削加工区域摩擦自生电场、电流的测试是十分有必要的，基于此，本发明设计了一种切削区摩擦自生电流的检测装置及检测方法，以解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种切削区摩擦自生电流的检测装置及检测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种切削区摩擦自生电流的检测装置，包括带有机床卡盘的机床主轴、待加工工件、带有机床切削刀具的机床刀座以及静电仪，所述待加工工件安装在机床主轴上机床卡盘的内腔，且待加工工件与机床卡盘的连接处安装有第一绝缘层，所述机床切削刀具与机床刀座的连接处安装有第二绝缘层，所述机床切削刀具的端部套设安装有接电组件，所述接电组件与静电仪的输入端安装有输送导线，所述静电仪的输出端与地面之间安装有接地导线。
6.优选的，所述接电组件包括套设在机床切削刀具刀柄外壁的矩形套筒，所述矩形
套筒的一侧侧壁安装接线端子，且矩形套筒的内腔侧壁通过接线端子安装有与机床切削刀具侧壁接触的弹性导片，所述矩形套筒的另一侧壁安装有压紧组件，且压紧组件与接线端子之间呈90
°
夹角设置。
7.优选的，所述接线端子包括与矩形套筒以及弹性导片连接的固定螺杆，所述固定螺杆的外端设置有限位挡片，所述限位挡片与固定螺杆的相对侧壁焊接有接线柱，所述接线柱上竖向开设有接线插孔，所述接线柱远离限位挡片的端部安装有固定螺钉，且固定螺钉的螺纹端贯穿接线柱的端部设置在接线插孔的内腔中。
8.优选的，所述弹性导片包括与固定螺杆连接的支撑导片，所述支撑导片的顶部对称设置有两个具有弹性的弹性压片，所述弹性压片的顶端侧壁设置有与机床切削刀具侧壁接触的球形触点，所述支撑导片以及矩形套筒的侧壁均开设有与固定螺杆相配合的固定螺孔。
9.优选的，所述压紧组件包括粘接在矩形套筒侧壁的调节螺母，所述调节螺母的内腔安装有t型调节螺杆，且t型调节螺杆与调节螺母的连接杆的外壁均匀设置有调节螺纹，所述t型调节螺杆在调节螺母的端部贯穿矩形套筒的侧壁，且t型调节螺杆贯穿矩形套筒的端部安装有与机床切削刀具侧壁接触的橡胶压片。
10.优选的，所述第一绝缘层和第二绝缘层均为塑料板、木板、陶瓷片、硬质橡胶绝缘材料单一或复合制成。
11.优选的，所述静电仪为esd 20k型静电测试仪。
12.优选的，一种利用切削区摩擦自生电流的检测装置用于切削区域摩擦自生电流的检测方法，
13.步骤一：将待加工工件安装在机床卡盘的内腔中，且在待加工工件与机床卡盘的连接处安装有第一绝缘层，将机床切削刀具安装在机床刀座上，且在机床切削刀具与机床刀座的连接处安装有第二绝缘层；
14.步骤二：将接电组件安装在步骤一机床切削刀具的手柄上，且通过输送导线将接电组件上的接线端子与静电仪的输出端连接，通过接地导线将静电仪的输出端与地面连接；
15.步骤三：通过启动机床主轴带动机床卡盘的转动，从而带动待加工工件的转动，通过移动机床刀座带动机床切削刀具与待加工工件发生切削接触，且机床切削刀具与待加工工件之间因为切削产生的静电能够通过接电组件和输送导线传动带静电仪中被检测；
16.步骤四：通过改变机床主轴的转速，记录不同转速状态下机床切削刀具与待加工工件之间因为切削而产生的电流数据，并根据记录的数据绘制数据曲线图。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过在待加工工件与机床卡盘的连接处安装有第一绝缘层、在机床刀座与机床切削刀具的连接处安装有第二绝缘层，通过接电组件和输送导线将机床切削刀具机床切削刀具与静电仪的输入端连接，静电仪的输出端通过接地导线接地处理，利用静电仪测试切削区域产生的电流和电场，能够在各种切削条件下可探测高速钢、硬质合金、涂层、陶瓷、cbn等刀具切削碳钢、合金钢、有色金属等材料时的摩擦自生电场的特性。
18.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明结构示意图；
21.图2为本发明接电组件套设在机床切削刀具刀柄上时结构示意图；
22.图3为本发明机床切削刀具仰视轴测图；
23.图4为本发明接电组件套设在机床切削刀具刀柄上时俯视图；
24.图5为本发明接线端子结构示意图；
25.图6为本发明弹性导片结构示意图；
26.图7为本发明主轴转速与切削摩擦自生电流的关系曲线图。
27.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
28.1-机床主轴，2-机床卡盘，3-待加工工件，4-机床刀座，5-机床切削刀具，6-静电仪，7-第一绝缘层，8-第二绝缘层，9-接电组件，91-矩形套筒，92-接线端子，921-固定螺杆，922-限位挡片，923-接线柱，924-接线插孔，925-固定螺钉，93-弹性导片，931-支撑导片，932-弹性压片，933-球形触点，934-固定螺孔，94-压紧组件，941-调节螺母，942-t型调节螺杆，943-橡胶压片，10-输送导线，11-接地导线。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
30.请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：一种切削区摩擦自生电流的检测装置，包括带有机床卡盘2的机床主轴1、待加工工件3、带有机床切削刀具5的机床刀座4以及静电仪6，静电仪6为esd 20k型静电测试仪，待加工工件3安装在机床主轴1上机床卡盘2的内腔，且待加工工件3与机床卡盘2的连接处安装有第一绝缘层7，机床切削刀具5与机床刀座4的连接处安装有第二绝缘层8，第一绝缘层7和第二绝缘层8均为塑料板、木板、陶瓷片、硬质橡胶绝缘材料单一或复合制成，第一绝缘层7和第二绝缘层8的设置，避免机床切削刀具5与待加工工件3接触因为摩擦产生的电流向机床刀座4以及机床卡盘2中传递；
31.机床切削刀具5的端部套设安装有接电组件9，接电组件9包括套设在机床切削刀具5刀柄外壁的矩形套筒91，矩形套筒91的一侧侧壁安装接线端子92，接线端子92包括与矩形套筒91以及弹性导片93连接的固定螺杆921，固定螺杆921的外端设置有限位挡片922，限位挡片922与固定螺杆921的相对侧壁焊接有接线柱923，接线柱923上竖向开设有接线插孔924，接线柱923远离限位挡片922的端部安装有固定螺钉925，且固定螺钉925的螺纹端贯穿接线柱923的端部设置在接线插孔924的内腔中，能够将输送导线10的端部安插到接线插孔924的内腔中，再通过拧动接线插孔925将输送导线10的端部压紧在接线插孔924的内腔中，实现将接线端子92与静电仪6的输入端连接；
32.矩形套筒91的内腔侧壁通过接线端子92安装有与机床切削刀具5侧壁接触的弹性导片93，弹性导片93包括与固定螺杆921连接的支撑导片931，支撑导片931的顶部对称设置有两个具有弹性的弹性压片932，弹性压片932的顶端侧壁设置有与机床切削刀具5侧壁接触的球形触点933，利用932的弹性能够将球形触点933与机床切削刀具5刀柄的侧壁抵触，使机床切削刀具5与待加工工件3接触产生的电流能够被及时的传导出去，支撑导片931以及矩形套筒91的侧壁均开设有与固定螺杆921相配合的固定螺孔934，方便弹性导片93通过接线端子92固定安装在矩形套筒91上，且接线端子92和弹性导片93均为导电性良好的铜制成，保证接线端子92和弹性导片93的导电性，矩形套筒91为硬质塑料制成，保证矩形套筒91的绝缘性，避免产生的电流在矩形套筒91上积聚而影响测试结果；
33.矩形套筒91的另一侧壁安装有压紧组件94，且压紧组件94与接线端子92之间呈90
°
夹角设置，压紧组件94包括粘接在矩形套筒91侧壁的调节螺母941，调节螺母941的内腔安装有t型调节螺杆942，且t型调节螺杆942与调节螺母941的连接杆的外壁均匀设置有调节螺纹，t型调节螺杆942在调节螺母941的端部贯穿矩形套筒91的侧壁，且t型调节螺杆942贯穿矩形套筒91的端部安装有与机床切削刀具5侧壁接触的橡胶压片943，通过拧动t型调节螺杆942转动，以及其与调节螺母941之间的螺纹作用，调整t型调节螺杆942在调节螺母941中的伸出长度，使橡胶压片943能够与机床切削刀具5刀柄的侧壁产生抵触，使接电组件9能够固定在机床切削刀具5的外壁上，且橡胶压片943能够避免机床切削刀具5与待加工工件3接触产生的电流在压紧组件94上积聚的现象，减少对检测结果的影响；
34.接电组件9与静电仪6的输入端安装有输送导线10，静电仪6的输出端与地面之间安装有接地导线11，通过在待加工工件3与机床卡盘2的连接处安装有第一绝缘层7、在机床刀座4与机床切削刀具5的连接处安装有第二绝缘层8，通过接电组件9和输送导线10将机床切削刀具机床切削刀具5与静电仪6的输入端连接，静电仪6的输出端通过接地导线11接地处理，利用静电仪测试切削区域产生的电流和电场，能够在各种切削条件下可探测高速钢、硬质合金、涂层、陶瓷、cbn等刀具切削碳钢、合金钢、有色金属等材料时的摩擦自生电场的特性。
35.一种利用切削区摩擦自生电流的检测装置用于切削区域摩擦自生电流的检测方法，其特征在于：
36.步骤一：将待加工工件3安装在机床卡盘2的内腔中，且在待加工工件3与机床卡盘2的连接处安装有第一绝缘层7，将机床切削刀具5安装在机床刀座4上，且在机床切削刀具5与机床刀座4的连接处安装有第二绝缘层8；
37.步骤二：将接电组件9安装在步骤一机床切削刀具5的手柄上，且通过输送导线10将接电组件9上的接线端子92与静电仪6的输出端连接，通过接地导线11将静电仪6的输出端与地面连接；
38.步骤三：通过启动机床主轴1带动机床卡盘2的转动，从而带动待加工工件3的转动，通过移动机床刀座4带动机床切削刀具5与待加工工件3发生切削接触，且机床切削刀具5与待加工工件3之间因为切削产生的静电能够通过接电组件9和输送导线10传动带静电仪6中被检测；
39.步骤四：通过改变机床主轴1的转速，记录不同转速状态下机床切削刀具5与待加工工件3之间因为切削而产生的电流数据，并根据记录的数据绘制数据曲线图。
40.根据图7所示，可以知道，机床主轴1的切削转速越高，机床切削刀具5与待加工工件3接触产生的切削电流越大。
41.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
42.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。