[实用新型]一种高速单点划擦试验装置

说明书

本实用新型公开了一种高速单点划擦试验装置，多层结构砂轮沿砂轮基体的轴向分布着多层不同粒径的磨料层。砂轮表面层与层之间设有凹槽，凹槽中安装金刚石压头；测力仪固定在高速平面磨床的工作台上；试样通过夹具装夹固定于测力仪上，采用多层结构砂轮对试样表面进行粗磨、精密和抛光，以获得与砂轮表面曲率相同的光滑圆弧凹面，将金刚石压头安装在多层结构砂轮的凹槽螺纹孔中，通过砂轮的高速旋转和轴向进给运动，在抛光后的试样表面产生固定切深的划痕。测力仪通过信号放大和数据采集获得试样划擦力数据。本实用新型可实现固定切深的高速单点划擦试验，装置简单，操作方便，对研究高速磨削材料去除机理具有重要意义。

技术领域

本实用新型涉及磨削原理试验研究领域，具体涉及一种单点高速划擦的装置。

背景技术

磨削作为一种常用的高效精密加工方法，被广泛应用于金属、石材、陶瓷、硬质合金、光学玻璃等各种材料的精密加工。磨削是一个复杂的过程，是砂轮表面无数微小磨粒与工件表面相互作用的过程，期间磨粒形态、接触状态、作用时间等因素相互交织，极大地阻碍了对磨削加过程的理解。为了更好地理解磨削过程，揭示磨削材料去除机理，Ohbuch iY.与Matsuo T.最早开展了单颗磨粒划擦试验，之后单颗磨粒划擦试验方法被广泛应用于研究磨削材料去除机理。

单点划擦试验一般分为变切深和固定切深两种，钟摆式划擦是一种典型的变切深划擦试验方法。它是将磨粒固定在摆杆或法兰盘上，通过摆杆或法兰盘转动带动磨粒切入试样表面并离开，以模拟砂轮表面单颗磨粒的微切削过程。钟摆式划擦试验方法的优点在于可利用高速磨床获得较高的划擦速度，其缺点就是不能获得固定切深的稳定切削过程，这对研究磨削材料去除机理是不利的。为了开展固定切深的单颗磨粒划擦试验，通常采用直线电机带动金刚石压头在恒压力或恒进给条件下进行直线划擦，但这种方法最大的问题在于速度太低，难以达到磨削速度的要求，尤其是高速磨削。

为了获得在固定切深情况下的高速单颗磨粒划擦试验，专利《一种单颗磨粒高速连续划擦试验机机器应用》(专利号为CN105717030B)利用电主轴带动盘状试样旋转，磨粒以一定切深径向进给，在试样表面划擦形成固定切深的螺旋形划痕。根据电主轴的转速，配合大尺寸的盘状工件，可以将划擦速度提升到几十米每秒，但是整个装置需要配套的专用设备，要求试样尺寸足够大，且试样表面平整度要求高。针对小型块状试样，进行划擦试验较为困难，另外要获得高的划擦速度，直径较大的工件转盘高速旋转，端面跳动难以控制，因此，要在高速划擦情况下获得稳定的切深较为困难。

为了在高速情况下开展稳定切深的单颗磨粒划擦试验，本专利提出利用采用高速精密磨床，采用多层结构砂轮首先对试样表面进行粗磨、精密和抛光，以获得与砂轮表面曲率相同的光滑圆弧凹面，然后利用砂轮上安装的金刚石压头的高速旋转运动，并结合机床的轴向进给运动，可在试样表面产生稳定切深的划痕。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种高速单点划擦装置，通过本实用新型达到对单颗磨粒高速、固定切深和固定速度的划擦试验。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：

本实用新型提供了一种高速单点划擦试验装置，包括：多层结构砂轮、高速平面磨床、测力仪、夹具和试样；

所述高速平面磨床包括工作台和进给系统，实现工作台相对于砂轮的轴向、径向和切向进给；

所述多层结构砂轮沿砂轮基体的轴向分布着多层不同粒径的磨削层，磨削层与磨削层之间设有凹槽，凹槽中设有3个对称分布的螺纹孔，用于安装金刚石压头；所述测力仪固定在高速平面磨床的工作台上；所述试样通过夹具装夹固定于测力仪上；

通过多层结构砂轮的磨削层对试样表面进行粗磨、精密和抛光，以获得与砂轮表面曲率相同的光滑圆弧凹面；通过砂轮的高速旋转和轴向进给运动，使得金刚石压头在抛光后的试样表面产生固定切深的划痕；所述测力仪通过信号放大和数据采集获得试样划擦力数据。