一种互为基准法预修硬脆试件的单颗磨粒连续划擦干涉行为测试方法技术

本发明专利技术公开了一种互为基准法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，先将硬脆试件进行背衬，采用互为基准法对该试件和背衬进行处理，达到测试所需的表面质量与平行度要求；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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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 互为基准法预修硬脆试件的单颗磨粒连续划擦干涉行为测试方法。
技术介绍
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、材料的成肩机理以及工件加 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1〇μπι)，因此多颗磨粒发生干涉 时，实际干涉量的控制精度不高于ΙΟμπι，因此只能进行一些大尺寸(大于100μπΟ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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种互为基准法预修硬脆试 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。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是： 1. -种互为基准法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)将硬脆试件与有色金属背衬固接在一起； 2)对试件端面进行研磨抛光，使其平面度达到ΙΤ1级，表面粗糙度Ra优于5nm; 3)将试件与背衬固定在电主轴上且背衬向上，试件与背衬可通过电主轴旋转；对 试件与背衬进行在线动平衡； 4)采用金刚石单点刀具对该背衬进行修盘，以在背衬表面形成端面跳动量优于 IT1级，表面平均粗糙度Ra优于5nm的修盘区域，且背衬表面修盘区域与试件端面的平行度 在IT1级以内，具体步骤如下： 4-1)聚晶金刚石单点车刀修盘:立式车削模式，修盘时背衬的转速范围为2000~ 1 OOOOrpm，聚晶金刚石单点车刀从背衬外侧以10~50μπι的切深沿背衬径向进给，进给速度 范围为0.4~1.2mm/s，进给距离为背衬直径的1/4~1/2; 4-2)单晶金刚石单点车刀修盘:立式车削模式，修盘时背衬的转速范围为2000~ 1 OOOOrpm，单晶金刚石单点车刀从背衬外侧以2~1 Ομπι的切深沿背衬径向进给，进给速度范 围为0.1~0.3mm/s，进给距离为背衬直径的1/4~1/2; 5)取下试件与背衬，翻转，再次将试件与背衬固定在电主轴上且试件向上，试件与 背衬可通过电主轴旋转;对试件与背衬进行在线动平衡； 6)金刚石单点刀具触碰对刀仪，确定试件端面与对刀仪对刀平面的高度差ho;将 金刚石单点刀具更换为顶端固接有单颗磨粒的工具头，工具头顶端的磨粒触碰对刀仪，再 将工具头沿试件与背衬旋转的轴向方向上移ho+δ，以使工具头顶端的磨粒位于试件端面上 方S处，完成对刀； 7)将工具头水平移至试件端面的划擦点正上方，并下移δ+办以使划擦深度为ap;根 据需测试的划擦速度v和划擦点所在的划擦半径R，计算试件与背衬的设定 转速η;根据需测试的干涉比率P，单颗磨粒的圆弧半径r，划擦深度&[)，通过工具头的径向进给速度s;试件与背衬按照设定转速η转动，且工 具头按照径向进给速度s和划擦深度~沿试件径向进给，以使磨粒在试件端面划擦形成预 定干涉程度的划痕，此过程中通过与工具头相连的测量系统采集划擦过程中的数据。 -实施例中：所述步骤7)中，工具头按照径向进给速度s和划擦深度aP沿试件径向 进给的同时沿试件旋转轴线方向进给。 一实施例中：所述磨粒为金刚石、CBN、氧化物陶瓷或氮化物陶瓷，磨粒形状为球 形、圆锥形或多棱锥形;该磨粒通过机械夹持、电镀或钎焊固接在工具头顶端;所述工具头 为压头。 -实施例中：所述背衬为圆盘形，试件与背衬叠置固接在一起，且试件周缘不超出 背衬边缘之外;所述背衬或试件通过真空吸盘与电主轴相连。 一实施例中：所述测量系统为测力和声发射系统，包括相互信号连接的测力仪、声 发射系统、数据采集卡和信号放大器;所述工具头与测力仪和声发射系统相连接。 一实施例中：所述测力仪的固有频率高于4KHZ，测力精度优于0.01N;所述数据采 集卡的采样速度高于2M/s。 -实施例中：所述工具头在沿试件旋转的轴向方向和径向方向的定位精度均优于 0. lMi，该定位精度通过位移传感器及相应的位置反馈系统配合控制。 一实施例中:所述对刀仪的定位精度优于0. lMi。 -实施例中:所述的划痕为连续螺旋形划痕，划痕圈数大于3个。 一实施例中:所述工具头轴线平行于试件旋转轴线。除有说明外，本专利技术所涉及的各装置的单一处理过程以及各装置间的连接方式均 为本领域常规技术，在此不加以详细描述。 本技术方案与
技术介绍
相比，它具有如下优点： 1.本专利技术所公开的单颗磨粒划擦干涉行为的高精度测试方法，利用单颗磨粒即可 做出多颗磨粒的划擦干涉行为，可用于研究单颗磨粒在不同划擦深度、不同干涉程度、不同 划擦速度下干涉行为，由于是连续划擦可以准确稳定的采集到划擦力信号;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。 2.本专利技术对主轴-试件系统进行在线动平衡，避免了高速旋转过程中的大幅端面 跳动或径向跳动，从而保持磨粒和试件间的稳定接触状态；同时，由于蓝宝石等硬脆材料的 难加工特性，直接对硬脆材料进行在线修盘，会造成加工时间和加工当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种互为基准法预修硬脆试件的单颗磨粒连续划擦干涉行为测试方法，其特征在于：包括：1)将硬脆试件与有色金属背衬固接在一起；2)对试件端面进行研磨抛光，使其平面度达到IT1级，表面粗糙度Ra优于5nm；3)将试件与背衬固定在电主轴上且背衬向上，试件与背衬可通过电主轴旋转；对试件与背衬进行在线动平衡；4)采用金刚石单点刀具对该背衬进行修盘，以在背衬表面形成端面跳动量优于IT1级，表面平均粗糙度Ra优于5nm的修盘区域，且背衬表面修盘区域与试件端面的平行度在IT1级以内，具体步骤如下：4‑1)聚晶金刚石单点车刀修盘：立式车削模式，修盘时背衬的转速范围为2000～10000rpm，聚晶金刚石单点车刀从背衬外侧以10～50μm的切深沿背衬径向进给，进给速度范围为0.4～1.2mm/s，进给距离为背衬直径的1/4～1/2；4‑2)单晶金刚石单点车刀修盘：立式车削模式，修盘时背衬的转速范围为2000～10000rpm，单晶金刚石单点车刀从背衬外侧以2～10μm的切深沿背衬径向进给，进给速度范围为0.1～0.3mm/s，进给距离为背衬直径的1/4～1/2；5)取下试件与背衬，翻转，再次将试件与背衬固定在电主轴上且试件向上，试件与背衬可通过电主轴旋转；对试件与背衬进行在线动平衡；6)金刚石单点刀具触碰对刀仪，确定试件端面与对刀仪对刀平面的高度差h0；将金刚石单点刀具更换为顶端固接有单颗磨粒的工具头，工具头顶端的磨粒触碰对刀仪，再将工具头沿试件与背衬旋转的轴向方向上移h0+δ，以使工具头顶端的磨粒位于试件端面上方δ处，完成对刀；7)将工具头水平移至试件端面的划擦点正上方，并下移δ+ap以使划擦深度为ap；根据需测试的划擦速度v和划擦点所在的划擦半径R，通过计算试件与背衬的设定转速n；根据需测试的干涉比率ρ，单颗磨粒的圆弧半径r，划擦深度ap，通过计算工具头的径向进给速度s；试件与背衬按照设定转速n转动，且工具头按照径向进给速度s和划擦深度ap沿试件径向进给，以使磨粒在试件端面划擦形成预定干涉程度的划痕，此过程中通过与工具头相连的测量系统采集划擦过程中的数据。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姜峰，张涛，言兰，徐西鹏，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建;35