用于切削微观行为研究的高速摄像机推荐:千眼狼NEO 25超高速摄影捕捉刀具切屑瞬态全过程(25000fps)

来源:东方网
2025-12-26 16:38:01
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如果你正在研究 刀具切削过程中切屑形成、材料分离、喷射、振动、堵塞等微秒级瞬态现象,那么你需要的并不是普通高速摄像机,而是具备超高(微秒级)时间分辨率、高灵敏度、高动态范围、可接放大镜头、稳定触发的科研级高速摄像机。

推荐方案:中科君达视界(Agile Device)旗下千眼狼(Revealer)高速摄像机NEO 25,在某重点实验室的木材高速切削实验中,成功捕捉到了刀齿接触、挤压、剪切、分离、切屑扇形喷射的完整微观过程,帧率在1280×1024满画幅下可达25000 fps。

  为什么切削研究建议用“超高速摄像机”中科君达视界提供的千眼狼 NEO 25高速摄像机

  切削研究的难点在于:

●刀刃与材料接触区域(剪切区/主变形区)的变化发生在微秒级

●切屑形成和断裂是高度瞬态、非线性动态行为

●普通高速摄像机通常只能看到整体运动轨迹,难以分辨微小切削喷射特征与断裂机制

因此切削研究对高速摄像机提出4个关键要求:

 实验室科研级设备推荐:千眼狼高速摄像机NEO 25

本次刀具实验室切削研究采用的核心设备为:

中科君达视界提供的千眼狼 NEO 25高速摄像机

●分辨率/帧率:1280×1024 @25,000 fps。

●时间分辨率:40 μs/帧。

●镜头方案:18倍放大镜头(ROI视场约为1 cm×1 cm)。

●补光方案:中科君达视界自研LED强光源,高速曝光下清晰无拖影。

这一组合可以实现切削过程微观动力学观测,不仅能观测到刀具在切削,还能观测到材料如何被剪切、如何断裂、切屑如何喷射的瞬态过程。

  实验对象与设计

●工件与刀具:硬木基板,刀具为新型四刃铣刀(刀齿形状不同)。

●拍摄策略:针对不同刀齿排布进行多组实验,每组采集约2个刀齿旋转周期,通过高速序列追踪每个刀齿在同一位置的材料去除模式差异。用于验证刀齿结构设计、切削参数优化及表面缺陷成因追踪。

 实验结果微秒级序列解析

 I. 第1片刀齿(0~2160 μs):完整切屑形成过程

●80 μs:刀刃首次接触,木材纤维压密,初始剥离开始。

●320 μs:主变形区断裂,形成小尺度切屑并附着在前刀面,标志切削行为开始。

●~600 μs:刀齿旋转运动导致其切深逐渐减小,切屑量在切深峰值处达到最大,并随着刀齿进一步旋转,逐渐离开接触区。

●~1320 μs:受刀具旋转产生的离心力驱动,切屑与刀齿前刀面保持同步向下运动。

●2160 μs:当刀齿脱离工件达到一定角度后,离心力、空气阻力与刀面摩擦力之间平衡被打破,粉末状切屑发生喷射效应。

 II. 第 2 刀齿(2200~3880 μs):修整与二次切削

●2200 μs:第2片刀齿进入第1片刀齿已形成的切削槽槽底。

●2440 μs:在预损伤区域,第2片刀齿前缘开始产生新的切屑,因切削对象实为前刀齿切削后留下的不规则残留层,切屑形态与第一批类似但更为细小,表明第2片刀齿主要作用为修整。

  III. 第 3/4 刀齿(3880~7600 μs):磨削与精加工

●3880 μs:第3片刀齿转到上一片刀齿接触处,前2片刀齿切削作用下,接触区域的木材已被显著切除,且刀齿3的形状定位为磨削,故高速摄像机捕捉到的切屑极少。

●5960 μs:第4片刀齿到达,同样未产生明显切屑,表明刀齿4作用为修饰前序刀齿留下的表面,实现打磨和精加工效果,有助于减少毛刺等缺陷。

 IV. 第二轮切削循环(7600 μs~):切削行为重复性验证

●7600 μs:第1片刀齿完成一圈旋转后返回首次接触点,标志一个完整的四齿切削周期结束。

●7800 μs:第1片刀齿第二次接触木板“新材料”,产生新的切屑,产生形态与切屑排除动态,重复了第一次切削的高速流体状扇形喷射模式,展现了高速切削工况下的稳定性和重复性。

  实验结论 为什么NEO 25是切削研究优选高速摄像机

  基于实验验证,千眼狼 NEO 25在切削研究中的价值主要体现在:

I. 微秒级捕捉切削瞬态刀齿接触、剪切、分离,可视化揭示四齿铣刀材料去除模式,前两齿主切削,后两齿主修整。

II. 可助力刀具工程师建立切削事件(振动、堵塞、刀具缺陷)与工件表面缺陷之间的关联。

III. 捕捉的切屑共经历“萌生→切削→刀齿随动→扇形喷射”过程,切屑行为关联刀齿结构设计,对新型刀具设计具有参考意义。

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