一種單顆磨粒高速連續(xù)劃擦干涉行為測試機(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)行為測試機(jī)及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 磨削過程可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 共同完成的切削過程。在科學(xué)研究中，常把復(fù)雜現(xiàn)象抽象成一種簡化的模式，來探討一些本 質(zhì)的問題。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)識復(fù)雜磨削作用的一種重要手段。實際磨削過程中，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)作用對分析磨削過程中的力、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驗上做了大量的工作，發(fā)展了相關(guān)的試驗方法及其裝 置，但是由于試驗手段和試驗裝置的欠缺，都沒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)過程的材料去除， 或利用數(shù)值仿真方法對多顆磨粒的干設(shè)過程進(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-定的相對角度和徑向間距排列，劃擦的時候產(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，實際干設(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) 測試，同時設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)整過程很大程度上依賴于操作者的經(jīng)驗，沒有實現(xiàn)自動化調(diào)整 及位置反饋控制，因而難W實現(xiàn)高精度的干設(shè)行為測試。

【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)行為測試機(jī)及其應(yīng)用，可W實現(xiàn)通過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)簡單，磨粒干設(shè)量的控制精度高;相關(guān)測試結(jié)果可W用于磨削加工機(jī)理和磨削表面形 成過程的深入研究，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)行為測試機(jī)，包括：
[0007] 固定座；
[000引水平布置的工作臺，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；
[0010] 試件，固接在電主軸頂部且與電主軸同軸，通過電主軸帶動試件旋轉(zhuǎn)；
[0011] X向進(jìn)給裝置，裝接在工作臺，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] 用于對試件表面進(jìn)行修盤的修盤裝置，可裝拆地裝接在Z向進(jìn)給裝置；
[0016] 用于采集劃擦過程數(shù)據(jù)的測量系統(tǒng)，與工具頭相連；
[0017] 對刀儀，固接在工作臺，該對刀儀上設(shè)有用于調(diào)節(jié)對刀儀的巧由設(shè)定器；
[0018] 通過修盤裝置對試件表面修盤后，電主軸帶動試件旋轉(zhuǎn)，通過Z向進(jìn)給裝置和X向 進(jìn)給裝置帶動工具頭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，測量系統(tǒng)在此過程中采集數(shù)據(jù)。
[0019] -實施例中：所述固定座包括上下固接的床身與底座;所述工作臺固接在床身頂 部;所述電主軸固接在床身；
[0020] 所述工作臺與固定座之間設(shè)有一能調(diào)平和支撐工作臺的調(diào)整裝置；
[0021] 所述工作臺上固接有支撐架，該支撐架包括對稱設(shè)置的長度不等的兩個支撐臂， 較短的支撐臂與工作臺之間設(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 固定在該兩個支撐臂頂部;通過微調(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] -實施例中：所述電主軸旋轉(zhuǎn)的端面跳動量和徑向跳動量均小于Iwn，且其最大轉(zhuǎn) 速不低于5000巧m。
[0023] -實施例中：所述試件為有色金屬、黑色金屬或脆硬材料制成的圓盤狀結(jié)構(gòu);試件 通過試件夾具固接在電主軸頂部;所述試件夾具為真空吸盤、磁吸盤或機(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 磨粒通過壓頭、針焊、電鍛固接在工具頭頂端。
[0025] 一實施例中：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] 一實施例中：所述測量系統(tǒng)為測力儀與聲發(fā)射系統(tǒng)，包括相互信號連接的測力儀、 聲發(fā)射系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集卡和信號放大器;所述工具頭與測力儀和聲發(fā)射系統(tǒng)相連接;所述測 力儀的固有頻率高于4Ifflz，測力精度優(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] -實施例中：所述修盤裝置與工具頭及刀桿替換裝接在夾緊裝置，包括裝接在一 起的修盤刀具和修盤刀桿，修盤刀桿具有與夾具體錐孔適配的錐體結(jié)構(gòu)，該修盤刀桿可裝 拆地裝接在拉桿;或，
[0034] 所述修盤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力頭和 單點(diǎn)磨頭。
[0035] 一實施例中：所述修盤刀具為金剛石車刀、CBN車刀。
[0036] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案之二是：
[0037] 上述的單顆磨粒連續(xù)劃擦干設(shè)行為測試機(jī)的試驗方法，包括：
[0038] 1)將試件固定在電主軸上，試件可通過電主軸旋轉(zhuǎn);對該試件進(jìn)行在線動平衡；
[0039] 2)電主軸帶動試件旋轉(zhuǎn)，采用修盤裝置在Z向進(jìn)給裝置帶動下W-定切深并在X向 進(jìn)給裝置帶動下沿試件徑向進(jìn)給，從試件外側(cè)沿徑向切入試件對該試件表面進(jìn)行修盤，W 在試件表面形成修盤區(qū)域；
[0040] 3)記修盤時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 修盤裝置觸碰Z軸設(shè)定器，記此時Z軸設(shè)定器的坐標(biāo)值記為Z2,則修盤后試件表面修盤區(qū)域 與對刀儀的對刀平面的高度差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)形修盤區(qū)域平面上S處，完成對刀；
[0041] 4)通過X向進(jìn)給裝置將工具頭水平移至修盤區(qū)域的劃擦點(diǎn)正上方，并通過Z向進(jìn)給 裝置下移S+apW使劃擦深度為ap;根據(jù)需測試的劃擦速度V和劃擦點(diǎn)所在的劃擦半徑R，通過
計算試件的設(shè)定轉(zhuǎn)速n;根據(jù)需測試的干設(shè)比率P，單顆磨粒的圓弧半徑r，劃擦 深度ap，通過
計算工具頭的徑向進(jìn)給速度S ;試件按照設(shè)定轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn) 動，且工具頭通過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;此過程中通過與工具