一種單顆磨粒高速連續(xù)劃擦干涉行為測(cè)試機(jī)及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于機(jī)械加工中的材料測(cè)試及精密與超精密加工領(lǐng)域，具體設(shè)及一種單顆 磨粒高速連續(xù)劃擦干設(shè)行為測(cè)試機(jī)及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 磨削過(guò)程可W看作是磨具表面大量排列參差不齊，分布不規(guī)則的形狀各異的磨粒 共同完成的切削過(guò)程。在科學(xué)研究中，常把復(fù)雜現(xiàn)象抽象成一種簡(jiǎn)化的模式，來(lái)探討一些本 質(zhì)的問(wèn)題。構(gòu)成砂輪的細(xì)小磨粒的切削作用是磨削加工的基礎(chǔ)，單顆磨粒切削作為磨削加 工的基本模式，成為認(rèn)識(shí)復(fù)雜磨削作用的一種重要手段。實(shí)際磨削過(guò)程中，砂輪等磨具上的 磨粒在已加工表面的同一位置上發(fā)生干設(shè)，使磨粒去除材料的形式復(fù)雜化，因此磨粒加工 中已加工表面的形成往往是同一位置上多顆磨粒切削、耕準(zhǔn)或劃擦作用的結(jié)果，因此研究 多顆磨粒在表面上的干設(shè)作用對(duì)分析磨削過(guò)程中的力、溫度、材料的成屑機(jī)理W及工件加 工表面質(zhì)量具有重要的指導(dǎo)意義。
[0003] 許多學(xué)者在單顆磨粒劃擦實(shí)驗(yàn)上做了大量的工作，發(fā)展了相關(guān)的試驗(yàn)方法及其裝 置，但是由于試驗(yàn)手段和試驗(yàn)裝置的欠缺，都沒(méi)有考慮多顆磨粒相互干設(shè)的影響，多顆磨粒 相互干設(shè)的研究還大多停留在仿真階段，如利用布爾運(yùn)算仿真磨粒干設(shè)過(guò)程的材料去除， 或利用數(shù)值仿真方法對(duì)多顆磨粒的干設(shè)過(guò)程進(jìn)行建模分析。也有少量研究多顆磨粒相互干 設(shè)影響的裝置，如將多顆磨粒W-定的相對(duì)角度和徑向間距排列，劃擦的時(shí)候產(chǎn)生干設(shè)的 效果，但是多顆磨粒在徑向間距上的排列誤差較大(分辨率10WI1)，因此多顆磨粒發(fā)生干設(shè) 時(shí)，實(shí)際干設(shè)量的控制精度不高于10皿，因此只能進(jìn)行一些大尺寸(大于lOOwn)磨粒的干設(shè) 測(cè)試，同時(shí)設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)整過(guò)程很大程度上依賴于操作者的經(jīng)驗(yàn)，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)整 及位置反饋控制，因而難W實(shí)現(xiàn)高精度的干設(shè)行為測(cè)試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供了一種單顆磨粒高速連續(xù)劃擦 干設(shè)行為測(cè)試機(jī)及其應(yīng)用，可W實(shí)現(xiàn)通過(guò)單顆磨粒做出多顆磨粒的劃擦干設(shè)行為，且設(shè)備 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，磨粒干設(shè)量的控制精度高;相關(guān)測(cè)試結(jié)果可W用于磨削加工機(jī)理和磨削表面形 成過(guò)程的深入研究，從而優(yōu)化磨削加工參數(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案之一是：
[0006] -種單顆磨粒連續(xù)劃擦干設(shè)行為測(cè)試機(jī)，包括：
[0007] 固定座；
[000引水平布置的工作臺(tái)，固接在固定座頂部；
[0009] 垂直布置的電主軸，固接在固定座，且電主軸向上穿出工作臺(tái)；
[0010] 試件，固接在電主軸頂部且與電主軸同軸，通過(guò)電主軸帶動(dòng)試件旋轉(zhuǎn)；
[0011] X向進(jìn)給裝置，裝接在工作臺(tái)，且進(jìn)給方向垂直于電主軸回轉(zhuǎn)軸線并沿試件徑向進(jìn) 給；
[0012] Z向進(jìn)給裝置，裝接在X向進(jìn)給裝置，且進(jìn)給方向平行于電主軸回轉(zhuǎn)軸線；
[0013 ]夾緊裝置，可裝拆地裝接在Z向進(jìn)給裝置；
[0014] 工具頭，可裝拆地裝接在夾緊裝置;工具頭頂端固接有磨粒；
[0015] 用于對(duì)試件表面進(jìn)行修盤(pán)的修盤(pán)裝置，可裝拆地裝接在Z向進(jìn)給裝置；
[0016] 用于采集劃擦過(guò)程數(shù)據(jù)的測(cè)量系統(tǒng)，與工具頭相連；
[0017] 對(duì)刀儀，固接在工作臺(tái)，該對(duì)刀儀上設(shè)有用于調(diào)節(jié)對(duì)刀儀的巧由設(shè)定器；
[0018] 通過(guò)修盤(pán)裝置對(duì)試件表面修盤(pán)后，電主軸帶動(dòng)試件旋轉(zhuǎn)，通過(guò)Z向進(jìn)給裝置和X向 進(jìn)給裝置帶動(dòng)工具頭W-定切深沿試件徑向進(jìn)給，磨粒在試件表面劃擦形成預(yù)定干設(shè)程度 的劃痕，測(cè)量系統(tǒng)在此過(guò)程中采集數(shù)據(jù)。
[0019] -實(shí)施例中：所述固定座包括上下固接的床身與底座;所述工作臺(tái)固接在床身頂 部;所述電主軸固接在床身；
[0020] 所述工作臺(tái)與固定座之間設(shè)有一能調(diào)平和支撐工作臺(tái)的調(diào)整裝置；
[0021] 所述工作臺(tái)上固接有支撐架，該支撐架包括對(duì)稱設(shè)置的長(zhǎng)度不等的兩個(gè)支撐臂， 較短的支撐臂與工作臺(tái)之間設(shè)有一能調(diào)整較短支撐臂高度的微調(diào)裝置;所述X向進(jìn)給裝置 固定在該兩個(gè)支撐臂頂部;通過(guò)微調(diào)裝置調(diào)整較短支撐臂高度W調(diào)節(jié)X向進(jìn)給裝置進(jìn)給方 向；所述微調(diào)裝置的最小位移分辨率優(yōu)于lOnm。
[0022] -實(shí)施例中：所述電主軸旋轉(zhuǎn)的端面跳動(dòng)量和徑向跳動(dòng)量均小于Iwn，且其最大轉(zhuǎn) 速不低于5000巧m。
[0023] -實(shí)施例中：所述試件為有色金屬、黑色金屬或脆硬材料制成的圓盤(pán)狀結(jié)構(gòu);試件 通過(guò)試件夾具固接在電主軸頂部;所述試件夾具為真空吸盤(pán)、磁吸盤(pán)或機(jī)械式夾具；電主 軸、試件夾具與試件=者同軸；
[0024] 所述磨粒為金剛石，CBN，氧化物陶瓷或氮化物陶瓷;磨粒的形狀為球形、錐形；該 磨粒通過(guò)壓頭、針焊、電鍛固接在工具頭頂端。
[0025] 一實(shí)施例中：X向進(jìn)給裝置的進(jìn)位精度優(yōu)于0.lMi;Z向進(jìn)給裝置的進(jìn)位精度優(yōu)于 0.1皿;2軸設(shè)定器的定位精度優(yōu)于0.1皿。
[0026] 一實(shí)施例中：所述測(cè)量系統(tǒng)為測(cè)力儀與聲發(fā)射系統(tǒng)，包括相互信號(hào)連接的測(cè)力儀、 聲發(fā)射系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集卡和信號(hào)放大器;所述工具頭與測(cè)力儀和聲發(fā)射系統(tǒng)相連接;所述測(cè) 力儀的固有頻率高于4Ifflz，測(cè)力精度優(yōu)于0.01N;所述數(shù)據(jù)采集卡的采樣速度高于2M/S。
[0027] -實(shí)施例中:所述夾緊裝置包括：
[0028] 夾具體，固接在Z向進(jìn)給裝置;該夾具體內(nèi)設(shè)有上下布置且相互連通的沉頭孔與錐 孔；
[0029] 拉桿，裝接在夾具體沉頭孔內(nèi)且拉桿伸出夾具體上表面之外；該拉桿上設(shè)有至少 兩個(gè)止推軸承;所述止推軸承均位于夾具之沉頭孔內(nèi)，且上方的止推軸承的座圈上端面略 高于夾具體上表面；
[0030] 端蓋，固接在夾具體上表面;該端蓋上設(shè)有通孔，拉桿從該通孔伸出；通過(guò)端蓋將 止推軸承與軸環(huán)限制在夾具體的沉頭孔；
[0031 ]手輪，適配裝接在拉桿頂端；
[0032]刀桿，該刀桿具有與錐孔適配的錐體結(jié)構(gòu)，該錐體結(jié)構(gòu)位于錐孔內(nèi)W使刀桿與夾 具體形成錐連接;刀桿適配裝接在拉桿下且刀桿下部伸出夾具體下表面之外；所述工具頭 可裝拆地螺接在刀桿下部。
[0033] -實(shí)施例中：所述修盤(pán)裝置與工具頭及刀桿替換裝接在夾緊裝置，包括裝接在一 起的修盤(pán)刀具和修盤(pán)刀桿，修盤(pán)刀桿具有與夾具體錐孔適配的錐體結(jié)構(gòu)，該修盤(pán)刀桿可裝 拆地裝接在拉桿;或，
[0034] 所述修盤(pán)裝置與夾緊裝置替換裝接在Z向進(jìn)給裝置，包括裝接在一起的動(dòng)力頭和 單點(diǎn)磨頭。
[0035] 一實(shí)施例中：所述修盤(pán)刀具為金剛石車(chē)刀、CBN車(chē)刀。
[0036] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案之二是：
[0037] 上述的單顆磨粒連續(xù)劃擦干設(shè)行為測(cè)試機(jī)的試驗(yàn)方法，包括：
[0038] 1)將試件固定在電主軸上，試件可通過(guò)電主軸旋轉(zhuǎn);對(duì)該試件進(jìn)行在線動(dòng)平衡；
[0039] 2)電主軸帶動(dòng)試件旋轉(zhuǎn)，采用修盤(pán)裝置在Z向進(jìn)給裝置帶動(dòng)下W-定切深并在X向 進(jìn)給裝置帶動(dòng)下沿試件徑向進(jìn)給，從試件外側(cè)沿徑向切入試件對(duì)該試件表面進(jìn)行修盤(pán)，W 在試件表面形成修盤(pán)區(qū)域；
[0040] 3)記修盤(pán)時(shí)Z向進(jìn)給裝置的坐標(biāo)值為Z1，控制X向進(jìn)給裝置和Z向進(jìn)給裝置進(jìn)給，使 修盤(pán)裝置觸碰Z軸設(shè)定器，記此時(shí)Z軸設(shè)定器的坐標(biāo)值記為Z2,則修盤(pán)后試件表面修盤(pán)區(qū)域 與對(duì)刀儀的對(duì)刀平面的高度差ho= Z1-Z2 ;換裝工具頭，同上觸碰Z軸設(shè)定器，并控制Z向進(jìn)給 裝置上移ho+S即可保證工具頭頂端位于試件圓環(huán)形修盤(pán)區(qū)域平面上S處，完成對(duì)刀；
[0041] 4)通過(guò)X向進(jìn)給裝置將工具頭水平移至修盤(pán)區(qū)域的劃擦點(diǎn)正上方，并通過(guò)Z向進(jìn)給 裝置下移S+apW使劃擦深度為ap;根據(jù)需測(cè)試的劃擦速度V和劃擦點(diǎn)所在的劃擦半徑R，通過(guò)
計(jì)算試件的設(shè)定轉(zhuǎn)速n;根據(jù)需測(cè)試的干設(shè)比率P，單顆磨粒的圓弧半徑r，劃擦 深度ap，通過(guò)
計(jì)算工具頭的徑向進(jìn)給速度S ;試件按照設(shè)定轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn) 動(dòng)，且工具頭通過(guò)X向進(jìn)給裝置按照徑向進(jìn)給速度S沿試件徑向進(jìn)給，W使磨粒在修盤(pán)區(qū)域 劃擦形成預(yù)定干設(shè)程度的劃痕，劃痕圈數(shù)大于2個(gè);此過(guò)程中通過(guò)與工具