[发明专利]一种球形磨头预修硬脆试件的单颗磨粒连续划擦干涉行为测试方法

说明书

本发明公开了一种球形磨头预修硬脆试件的单颗磨粒连续划擦干涉行为测试方法，属于机械加工中的材料性能测试及精密与超精密加工领域，通过将硬脆试件固定在电主轴上，对该试件进行在线动平衡；然后采用球形磨头对该试件进行修盘，达到测试所需的端面跳动以及粗糙度要求；随后换装顶端固接有单颗磨粒的工具头，并在更换过程中进行对刀；最后进入划擦测试，试件以指定转速旋转，工具头以指定切深径向进给，在试件端面形成干涉螺旋形划痕，测量系统在此过程中采集划擦力、声发射信号等物理量。本发明能够模拟高速磨削过程磨粒间的干涉行为。相关测试结果可用于磨削机理的深入研究以及磨削参数的优化。

技术领域

本发明属于机械加工中的材料性能测试及精密与超精密加工领域，具体涉及一种球形磨头预修硬脆试件的单颗磨粒连续划擦干涉行为测试方法。

背景技术

磨削过程可以看作是磨具表面大量排列参差不齐，分布不规则的形状各异的磨粒共同完成的切削过程。在科学研究中，常把复杂现象抽象成一种简化的模式，来探讨一些本质的问题。构成砂轮的细小磨粒的切削作用是磨削加工的基础，单颗磨粒切削作为磨削加工的基本模式，成为认识复杂磨削作用的一种重要手段。实际磨削过程中，砂轮等磨具上的磨粒在已加工表面的同一位置上发生干涉，使磨粒去除材料的形式复杂化，因此磨粒加工中已加工表面的形成往往是同一位置上多颗磨粒切削、耕犁或划擦作用的结果，因此研究多颗磨粒在表面上的干涉作用对分析磨削过程中的力、温度、材料的成屑机理以及工件加工表面质量具有重要的指导意义。

许多学者在单颗磨粒划擦实验上做了大量的工作，发展了相关的试验方法及其装置，但是由于试验手段和试验装置的欠缺，都没有考虑多颗磨粒相互干涉的影响，多颗磨粒相互干涉的研究还大多停留在仿真阶段，如利用布尔运算仿真磨粒干涉过程的材料去除，或利用数值仿真方法对多颗磨粒的干涉过程进行建模分析。也有少量研究多颗磨粒相互干涉影响的装置，如将多颗磨粒以一定的相对角度和径向间距排列，划擦的时候产生干涉的效果，但是多颗磨粒在径向间距上的排列误差较大(分辨率10μm)，因此多颗磨粒发生干涉时，实际干涉量的控制精度不高于10μm，因此只能进行一些大尺寸(大于100μm)磨粒的干涉测试，同时设备结构复杂，调整过程很大程度上依赖于操作者的经验，没有实现自动化调整及位置反馈控制，因而难以实现高精度的干涉行为测试。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种球形磨头预修硬脆试件的单颗磨粒连续划擦干涉行为测试方法，结合超精密加工修盘和精密运动反馈控制，利用单颗磨粒即可做出多颗磨粒的划擦干涉行为，设备结构简单，磨粒干涉量的控制精度高；相关测试结果可以用于磨削加工机理和磨削表面形成过程的深入研究，从而优化磨削加工参数，提高产品质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种球形磨头预修硬脆试件的单颗磨粒连续划擦干涉行为测试方法，包括：

1)将硬脆试件固定在电主轴上，试件可通过电主轴旋转；对该试件进行在线动平衡；

2)采用球形磨头对该试件进行修盘，以在试件表面形成端面跳动量优于IT1级，表面平均粗糙度Ra优于10nm的修盘区域，具体步骤如下：

2-1)球形磨头粗加工修盘：修盘的同时对球形磨头和试件进行冷却，修盘时试件的转速范围为3000～10000rpm，球形磨头以8000～20000rpm的转速自转，同时从试件外侧以10～50μm的切深沿试件径向进给，进给速度范围为0.4～1.2mm/s，进给距离为试件直径的1/4～1/2；

2-2)球形磨头精加工修盘：修盘的同时对球形磨头和试件进行冷却，修盘时试件的转速范围为3000～10000rpm，球形磨头以8000～20000rpm的转速自转，同时从试件外侧以2～10μm的切深沿试件径向进给，进给速度范围为0.1～0.3mm/s，进给距离为试件直径的1/4～1/2；