[發(fā)明專利]超聲振動(dòng)輔助下單顆磨粒磨削實(shí)驗(yàn)裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410241159.2
• 申請(qǐng)日: 2014-05-30
• 公開（公告）號(hào): CN104002220A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 向道輝;趙波;李學(xué)崑;王艷鳳;秦強(qiáng);高國(guó)富;焦鋒;崔峰;馬國(guó)鋒;張玉龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B24B27/00
• 分類號(hào): B24B27/00;B24B49/00;G01N3/58
• 代理公司: 鄭州聯(lián)科專利事務(wù)所(普通合伙) 41104
• 代理人: 朱俊峰;王聚才

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于精密超精密機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超聲振動(dòng)輔助下單顆磨粒磨削實(shí)驗(yàn)裝置及方法。

背景技術(shù)

目前，隨著精密超精密機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展，磨削加工占有不可估量的重要地位，特別是難加工材料的磨削加工，在超聲振動(dòng)輔助下進(jìn)行磨削加工更有其獨(dú)特的優(yōu)越性，從而得到廣泛的應(yīng)用。磨削過程究其本質(zhì)是大量離散分布在砂輪表面的磨粒完成的滑擦、耕犁、切削作用的綜合效果，各種物理、力學(xué)現(xiàn)象產(chǎn)生機(jī)理復(fù)雜。對(duì)于磨削的研究，大致有兩種方式：一是從宏觀著手，將砂輪看做一個(gè)整體，通過磨削實(shí)驗(yàn)來(lái)研究磨削力，磨削溫度等磨削物理量；二是從介觀角度著手，將磨削過程看做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，把復(fù)雜現(xiàn)象抽象成一種簡(jiǎn)化的模式，來(lái)進(jìn)行理論分析和試驗(yàn)研究，用來(lái)探討一些最本質(zhì)的問題，是一種常用的方法。因此，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。

磨削過程是磨具表面有效磨粒共同完成的微量切削過程。構(gòu)成砂輪的細(xì)小磨粒的切削作用是金屬磨削的基礎(chǔ)，將單顆磨粒切削結(jié)果在磨削區(qū)域進(jìn)行集成，就可以解釋磨削過程中的各種物理現(xiàn)象。因此單顆磨粒切削的機(jī)理研究成為認(rèn)識(shí)復(fù)雜磨削機(jī)理的一種重要手段。最常見的單顆磨粒磨削試驗(yàn)是在普通平面磨床上進(jìn)行的，根據(jù)磨粒與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡可分為鐘擺和滑擦實(shí)驗(yàn)方法，其中滑擦實(shí)驗(yàn)法又分為球一盤摩擦實(shí)驗(yàn)法、直線滑擦法和楔形滑擦法。雖然單顆磨粒磨削試驗(yàn)研究已有很長(zhǎng)的研究歷史并且也有相當(dāng)成就，但是以往那些試驗(yàn)工藝過程都是基于單顆磨粒劃針、單顆磨粒壓痕的思路進(jìn)行的研究，只能研究單顆磨粒在某種狀態(tài)下的靜態(tài)變化，其過程不能直觀地展現(xiàn)單顆磨粒的磨削過程并且面臨著刀具安裝繁瑣，對(duì)刀過程麻煩，且上述方法測(cè)試的單顆磨粒磨削實(shí)驗(yàn)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)際的單顆磨粒磨削速度，且其結(jié)果的重復(fù)性不好，切削過程物理量的檢測(cè)及磨粒微觀變化分析過程也有很大的難度。另外上述測(cè)試方法也只能部分模擬在常規(guī)磨削情況下的單顆模擬磨削過程，而不能模擬在超聲振動(dòng)磨削下模擬的磨削過程。目前超聲磨削加工已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、光學(xué)器件等廣闊的機(jī)械加工領(lǐng)域，要深入了解超聲振動(dòng)條件下，砂輪磨削工件的去除機(jī)理，就需要了解在超聲振動(dòng)下單顆磨粒對(duì)材料的切削過程。因此，在精密超精密機(jī)械加工領(lǐng)域，對(duì)難加工材料的磨削過程特別是超聲振動(dòng)情況下砂輪的磨削過程分析亟待一種工藝簡(jiǎn)單，操作方便，易于控制并且可以展現(xiàn)磨粒動(dòng)態(tài)變化的超聲振動(dòng)單顆磨粒磨削實(shí)驗(yàn)裝置及方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種藝簡(jiǎn)單、操作方便、易于控制并且可以展現(xiàn)磨粒動(dòng)態(tài)變化的超聲振動(dòng)輔助下單顆磨粒磨削實(shí)驗(yàn)裝置及方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：超聲振動(dòng)輔助下單顆磨粒磨削實(shí)驗(yàn)裝置，包括超精密機(jī)床、對(duì)刀系統(tǒng)、超聲振動(dòng)系統(tǒng)、測(cè)力系統(tǒng)、高速攝像系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，超精密機(jī)床上設(shè)有氣浮工作臺(tái)，氣浮工作臺(tái)上設(shè)有支撐盤，測(cè)力系統(tǒng)設(shè)在支撐盤上，測(cè)力系統(tǒng)上設(shè)有刀具固定架，超聲振動(dòng)系統(tǒng)包括超聲發(fā)生電源、換能器和變幅桿，換能器設(shè)在變幅桿上端，超聲發(fā)生電源通過導(dǎo)線與換能器連接，刀具固定架上設(shè)有刀具微調(diào)機(jī)構(gòu)，變幅桿設(shè)在刀具微調(diào)機(jī)構(gòu)上，變幅桿的動(dòng)力輸出端設(shè)有電鍍金剛石單顆磨粒刀具，高速攝像系統(tǒng)設(shè)在超精密機(jī)床上，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括電荷放大器、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)，測(cè)力系統(tǒng)、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)線順次連接。

超聲振動(dòng)輔助下單顆磨粒磨削實(shí)驗(yàn)方法，包括以下步驟，

（1）、工件安裝在超精密機(jī)床的氣浮主軸夾具上；將對(duì)刀系統(tǒng)安裝到超精密機(jī)床的氣浮工作臺(tái)上；

（2）、利用對(duì)刀系統(tǒng)上的成像系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)氣浮工作臺(tái)和刀具微調(diào)機(jī)構(gòu)進(jìn)行快速準(zhǔn)確對(duì)刀；

（3）、對(duì)刀完成后，將對(duì)刀系統(tǒng)拆卸，開動(dòng)超精密機(jī)床及超聲振動(dòng)系統(tǒng)，使電鍍金剛石單顆磨粒刀具產(chǎn)生Z向超聲振動(dòng)，通過操控機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)，使電鍍金剛石單顆磨粒刀具在工件軸向?qū)崿F(xiàn)螺旋進(jìn)給，并在進(jìn)給過程中，階段加深微量切削深度，測(cè)力系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中單顆磨粒受力情況進(jìn)行在線檢測(cè)和記錄，并將數(shù)據(jù)經(jīng)電荷放大器、數(shù)據(jù)采集卡傳輸?shù)接?jì)算機(jī)；

（4）、高速攝像系統(tǒng)對(duì)磨削過程中磨粒的運(yùn)動(dòng)軌跡、微觀變化過程以及材料的去除過程進(jìn)行在線觀測(cè)和記錄；

（5）、通過改變不同的切削速度，可以模擬單顆磨粒在不同切削條件下的切削性能；關(guān)閉超聲振動(dòng)系統(tǒng)，模擬單顆磨粒在常規(guī)磨削情況的切削性能。