[發明專利]一種超聲輔助高速單點劃擦試驗裝置及試驗方法

在審

• 申請號: 201811156694.2
• 申請日: 2018-09-30
• 公開（公告）號: CN108982275A
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發明（設計）人: 胡中偉;王帥;于怡青;李論;陳悅;徐西鵬
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56;G01N3/02
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;張迪

1.一種超聲輔助高速單點劃擦試驗裝置，其特征在于包括：高速磨削精密平面磨床、多層結構砂輪、超聲振動系統、測力儀和試樣；

所述高速精密磨床包括主軸、工作臺、磨床主體、控制面板；

所述超聲振動系統包括變幅桿、換能器、超聲發生器；

所述多層結構砂輪安裝在所述高速精密磨床的主軸上，通過磨床主軸帶動多層結構砂輪高速轉動；所述多層結構砂輪沿砂輪基體的軸向分布不同粒度的磨削層；不同粒度的磨削層之間設置凹槽，凹槽中安裝金剛石壓頭；

所述超聲發生器通過導線與換能器、變幅桿相連，所述變幅桿與所述換能器連接，所述換能器安裝在所述測力儀上，所述測力儀安裝在在所述高速精密磨床的工作臺上，通過信號放大和數據采集獲得劃擦過程中試樣受力的數據；所述試樣通過夾具裝夾固定于變幅桿上，并通過高速精密磨床可進行軸向進給、徑向進給，使安裝在磨床上的多層結構砂輪通過不同粒度的磨削層對試樣進行粗磨、精磨和拋光，以獲得與砂輪表面曲率相同的弧形光滑表面；對刀后利用多層結構砂輪的高速轉動，使得金剛石壓頭對試樣表面進行固定切深的超聲輔助高速單點劃擦，在試樣表面產生一定切深的劃痕。

2.根據權利要求1所述的一種超聲輔助高速單點劃擦試驗裝置，其特征在于：所述變幅桿的振動頻率在20-50KHz范圍內，振幅在5-50μm范圍內。

3.根據權利要求1所述的一種超聲輔助高速單點劃擦試驗裝置，其特征在于：通過對刀后調節高速磨床參數改變劃擦時磨粒切深和劃擦速度，最大劃擦速度與磨床的最大磨削速度一致。

4.根據權利要求1所述的一種超聲輔助高速單點劃擦試驗裝置，其特征在于：所述不同粒度的磨削層的磨粒粒度和材料特性可變。

5.根據權利要求1所述的一種超聲輔助高速單點劃擦試驗裝置，其特征在于：所述凹槽中有多種固定金剛石壓頭的角度，以進行多種角度的劃擦試驗。

6.根據權利要求1所述的一種超聲輔助高速單點劃擦試驗裝置，其特征在于：還包括測力傳感器、聲發射傳感器和高速攝像機，用于對超聲輔助單顆磨粒高速劃擦過程進行檢測。

7.根據權利要求1所述的一種超聲輔助高速單點劃擦試驗裝置，其特征在于：超聲振動施加的方向是沿砂輪的軸向、徑向或切向。

8.一種權利要求1-7中任一項所述的試驗裝置的試驗方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，將多層結構砂輪裝夾在高速磨削磨床的主軸上，并調節動平衡；

步驟2，將試樣通過夾具固定在變幅桿上；

步驟3，將測力儀固定在磨床的進給平臺上；

步驟4，磨床主軸轉動帶動多層結構砂輪旋轉，控制進給使多層結構砂輪粗粒度磨削層對準試樣，對試樣進行表面的粗磨，得到粗磨的凹形圓弧面；

步驟5，通過磨床的軸向進給，更換到多層結構砂輪的細粒度磨削層，對粗磨圓弧面進行精磨；

步驟6，通過磨床的軸向進給，更換到多層結構砂輪的拋光磨削層，對精磨圓弧面進行拋光；

步驟7，將金剛石壓頭安裝在多層結構砂輪上，調節動平衡后對刀，啟動超聲發生器，設置劃擦深度和多層結構砂輪轉速，使得金剛石壓頭對試樣圓弧面進行高速劃擦，通過測力儀將試樣受力信號收集到電腦中；

步驟8，通過控制磨床進給，將壓頭退出。