[發(fā)明專利]一種超聲輔助高速單點(diǎn)劃擦試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法

在審

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• 申請日: 2018-09-30
• 公開（公告）號: CN108982275A
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡中偉;王帥;于怡青;李論;陳悅;徐西鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 華僑大學(xué)
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56;G01N3/02
• 代理公司: 廈門市首創(chuàng)君合專利事務(wù)所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;張迪

本發(fā)明公開了一種超聲輔助高速單點(diǎn)劃擦試驗(yàn)裝置，多層結(jié)構(gòu)砂輪安裝在高速精密磨床的主軸上，通過磨床主軸帶動多層結(jié)構(gòu)砂輪高速轉(zhuǎn)動；多層結(jié)構(gòu)砂輪沿軸向分布不同粒度的磨削層，不同磨削層間設(shè)置凹槽，凹槽中可安裝金剛石壓頭，對刀后通過多層結(jié)構(gòu)砂輪的高速旋轉(zhuǎn)在試樣表面產(chǎn)生一定切深的劃痕。超聲發(fā)生器通過導(dǎo)線與換能器、變幅桿相連，使變幅桿產(chǎn)生一定振幅的超聲頻率振動，換能器安裝在測力儀上，測力儀安裝在在高速精密磨床的工作臺上；試樣通過夾具裝夾固定于變幅桿上，在變幅桿的帶動下產(chǎn)生一定振幅的超聲頻率振動，并通過高速精密磨床可進(jìn)行軸向進(jìn)給、徑向進(jìn)給。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)可超聲輔助單顆磨粒的高速劃擦，裝置簡單、操作方便。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超聲輔助磨削加工領(lǐng)域，具體涉及一種超聲輔助高速單點(diǎn)劃擦試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)

單晶硅、藍(lán)寶石、光學(xué)玻璃以及工程陶瓷等硬脆材料因其高硬度、高強(qiáng)度、高耐磨性、高耐熱性以及耐腐蝕性等一系列優(yōu)良的機(jī)械物理性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于航空航天、光學(xué)以及半導(dǎo)體等領(lǐng)域。但由于這些材料的硬度高、脆性大、化學(xué)惰性好，要實(shí)現(xiàn)對其高效精密加工較為困難。

超聲振動輔助磨削是加工硬脆性材料的一種有效方法，它是通過施加超聲振動輔助磨削去除材料的過程。超聲振動輔助磨削不僅加工精度高，且能夠降低磨削力和磨削溫度、減少砂輪堵塞和磨損，使得加工效率也有較大提高。超聲振動輔助磨削特別適用于難加工材料如鈦合金、高強(qiáng)鋼、復(fù)合材料、工程陶瓷、玻璃等高硬度、高塑性、高強(qiáng)度等的高效精密加工。

磨削過程其本質(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，復(fù)雜的加工機(jī)理極大程度地阻礙了對磨削加工過程的理解。單顆磨粒劃擦試驗(yàn)作為一種常用的方法被廣泛應(yīng)用模擬磨粒與工件的相互作用過程，以便更好的理解磨削過程，揭示磨削機(jī)理。相應(yīng)地，超聲輔助單顆磨粒劃擦試驗(yàn)也常被用于超聲輔助磨削機(jī)理的研究。單點(diǎn)劃擦試驗(yàn)一般分為兩種，一種是固定切深的平面劃擦，另一種是變切深的鐘擺式劃擦。平面劃擦雖可獲得固定的切深，但往往劃擦速度較慢，而鐘擺式劃擦雖然速度可以達(dá)到與磨削相同的速度，但不能獲得固定切深。然而，為了能夠更好的揭示超聲輔助磨削機(jī)理，開展固定切深情況下的超聲輔助單顆磨粒高速劃擦試驗(yàn)是非常必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種超聲輔助高速單點(diǎn)劃擦試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，將超聲振動輔助磨削技術(shù)和高速單點(diǎn)劃擦系統(tǒng)相復(fù)合，通過本發(fā)明達(dá)到對單顆磨粒的高轉(zhuǎn)速的恒定切深的平面劃擦試驗(yàn)，可用于端面磨削、研磨和拋光。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種超聲輔助高速單點(diǎn)劃擦試驗(yàn)裝置，包括：高速磨削精密平面磨床、多層結(jié)構(gòu)砂輪、超聲振動系統(tǒng)、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(tǒng)包括變幅桿、換能器、超聲發(fā)生器；

所述多層結(jié)構(gòu)砂輪安裝在所述高速精密磨床的主軸上，通過操縱磨床主軸帶動多層結(jié)構(gòu)砂輪高速轉(zhuǎn)動；所述多層結(jié)構(gòu)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(shè)置凹槽，凹槽中安裝金剛石壓頭；

所述超聲發(fā)生器通過導(dǎo)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(shù)據(jù)采集獲得劃擦過程中試樣受力的數(shù)據(jù)；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(jìn)行軸向進(jìn)給、徑向進(jìn)給，使安裝在磨床上的多層結(jié)構(gòu)砂輪通過不同粒度的磨削層對試樣進(jìn)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(jié)構(gòu)砂輪的高速轉(zhuǎn)動，使得金剛石壓頭對試樣表面進(jìn)行固定切深的超聲輔助高速單點(diǎn)劃擦，在試樣表面產(chǎn)生一定切深的劃痕。

在一較佳實(shí)施例中：所述變幅桿的振動頻率在20-50KHz范圍內(nèi)，振幅在5-50μm范圍內(nèi)。