超声波振动辅助磨削的纳米流体微量润滑实验系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种超声波振动辅助磨削的纳米流体微量润滑实验系统，包括：磁力工作台，工件夹具，测力仪和超声波振动装置；超声波振动装置包括：切向超声波振动装置、轴向超声波振动装置、可振动底座和固定在可振动底座上的径向压电陶瓷片；切向超声波振动装置和轴向超声波振动装置分别固定在可振动底座上；同时分别通过支架固定在磁力工作台上，所述测力仪固定在可振动底座上，工件夹具固定于测力仪上；本实用新型专利技术有益效果：实现了磨削力和磨削温度的同时在线检测，即节省了时间，又避免了因多次装配而引起的加工误差。

Nanofluid micro lubrication experimental system for ultrasonic vibration assisted grinding

The utility model discloses a nano fluid micro lubrication experimental system for ultrasonic vibration assisted grinding, which includes a magnetic force worktable, a workpiece fixture, a dynamometer and an ultrasonic vibration device, and an ultrasonic vibration device including a tangential ultrasonic vibration device, an axial ultrasonic vibration device, a vibratory base and fixed can be fixed. The radial piezoelectric ceramic plate on the vibrating base is fixed on the vibratory base by the tangential ultrasonic vibration device and the axial ultrasonic vibration device. At the same time, the device is fixed on the magnetic force table by the bracket. The dynamometer is fixed on the vibratory base and the workpiece fixture is fixed on the dynamometer; the utility model is beneficial for the utility model. The grinding force and grinding temperature are simultaneously detected online, which saves time and avoids machining errors caused by multiple assembly.

【技术实现步骤摘要】
超声波振动辅助磨削的纳米流体微量润滑实验系统
本技术涉及磨削加工领域，具体涉及一种超声波振动辅助磨削的纳米流体微量润滑实验系统。
技术介绍
随着机械、汽车、光学、航空航天等领域高端装备的不断发展，出现了一大批性能要求越来越高的零部件，精密和超精密加工技术占有越来越重要的地位。这些零部件对硬脆性材料、难加工材料和新型先进材料的需求日益增多，对关键零件的加工效率、加工质量和加工精度提出了更高的要求。传统的磨削加工不可避免产生严重的加工变质层和表面裂纹，磨削过程中产生较大的磨削力以及较高的磨削温度，加剧了砂轮的磨损和加工表面的损伤；严重制约着零件加工精度及加工效率，迫切需要新的磨削工艺来解决此类问题。超声波振动辅助磨削的纳米流体润滑是解决此类问题的方法之一。超声振动磨削是建立在振动理论和切削理论等基础上的复合加工方法，这种磨削方法与以往的磨削根本区别在于磨削过程中由超声波发生器产生的高频电振荡信号经超声换能器转换成超声频机械振动，超声振动振幅由变幅杆放大后驱动工具砂轮产生相应频率的振动，使刀具对工件进行周期性的切削，即工具砂轮在高速旋转磨削的同时也对其产生高频振动。当给工艺系统加上超声波振动以后，磨粒与工件各接触表面的相互作用条件都与普通磨削有很大区别。超声振动磨削的特殊机理使磨削效率显著提高、磨削温度降低、砂轮的使用寿命延长，同时超声振动磨削改善了对难加工材料的磨削能力。而且超声波振动促使磨粒产生断续切削作用，而冲击载荷促使工件材料更容易卷积，在切削区生成较多的微观裂纹扩展促使磨削力以及摩擦系数减小。磨削过程中材料的塑性变形主要发生在滑擦和耕犁作用阶段，由于超声波振动磨削是一种脉冲式的断续磨削，促使滑擦和耕犁比例相对减小，从而比磨削能减小，表面热损伤也显著降低。纳米流体微量润滑磨削加工继承了微量润滑磨削加工的所有优点，又解决了微量润滑磨削的换热问题，是一种绿色环保、高效低耗的磨削加工技术。基于固体换热能力大于液体，液体换热能力大于气体的强化换热理论，将一定量的纳米级固体颗粒加入到可降解的微量润滑油中生成纳米流体，通过高压空气将纳米流体进行雾化，并以射流的方式送入磨削区。高压空气主要起冷却、除屑和输送流体的作用；微量润滑油主要起润滑作用；纳米粒子增加了磨削区流体的换热能力，起到了冷却作用，同时，纳米粒子具有良好的抗磨减摩性能特性和高的承载能力，因而，进一步提高了磨削区的润滑效果，使工件表面质量和烧伤现象得到显著改善，提高了砂轮的使用寿命，改善了工作环境。现有技术中公开了一种超声振动三维螺线磨削方法，其砂轮轴向的超声振动使磨粒在工件表面上的轨迹相互干涉，从而实现了粗糙度的降低；同时砂轮径向的超声振动导致磨粒的最大切削深度增加，磨粒发生断续性切削作用，从而实现磨削力的降低以及材料去除率的提高。该方法可提高加工表面质量，减少表面损伤，提高生产效率，因此适用于难加工材料的高效精密加工。但是此方法并没有冷却与润滑的辅助磨削装置，将会有大量磨削热，而并没有很好的冷却效果。也不能方便准确的测量各个方向的磨削力和磨削温度的在线检测，没有对磨削状态进行实时监控。磨削力和磨削温度是评价磨削效果的关键因素，通过对磨削力和磨削温度的精确测量以及对实验数据的分析，可为磨削加工提供指导。现有技术公开了一种多角度二维超声波振动辅助纳米流体微量润滑磨削装置，该装置将可变角度的二维超声波振动技术应用于磨削加工中，通过调节两个超声波振子的角度产生不同的合振方向，以此来改变磨粒与工件的相对运动轨迹。但是此超声波振动辅助磨削装置结构较复杂，测力仪和工件安装定位不方便，工艺系统刚度和定位稳定性不高；并且，该装置既能够提供轴向与切向这一种轨迹合成方式，限制了装置的磨削效果。现有技术公开了一种超声振动辅助磨削装置，该装置通过旋转台上下底座的精确旋转实现了任意方向的超声振动；同时由于采用了对合的夹紧方式方便工件托台平面调整水平；测力仪只与旋转台下底座连接，可以保证变幅杆任意角度旋转时仍能够测量砂轮三个方向的力。该技术中超声波振子通过带有圆盘的支架支撑，仅有一个支撑点，无法保证系统的稳定性，而且一维超声波振动磨削有其局限性，需要满足一定的加工参数条件，才能实现理想的加工效果。综上，现有技术中无法提供可调角度角度且三种振动方向(轴向、切向和径向)合成的超声波振动装置，而砂轮磨粒与工件的相对运动轨迹是一致的，长时间运转，容易对切削刃造成过度损伤，砂轮需要重新打磨，耽误工件加工周期；且长时间运转工件不易被冷却，容易造成对工件的热损伤，此外，现有技术无法实现对多种超声波振动方向的磨削力和磨削温度实时的在线检测。
技术实现思路
本技术的目的就是为了解决上述问题，提出了一种超声波振动辅助磨削的纳米流体微量润滑实验系统，该实验系统的超声振动辅助装置将轴向可调支架与切向支架作为独立的两部分，无需配合，可通过磁力直接吸附在磁力工作台上，便于装夹固定，而径向的超声振动由固定在可振动底座上的压电陶瓷片直接提供。通过对切向支架和轴向可调支架之间角度的精确调整，可以实现多角度不同振动方向组合的二维超声波振动。通过测力装置和测温装置实时检测磨削力和磨削温度，同时配合纳米流体微量润滑，在砂轮与工件界面形成研磨的作用机理，进一步提高工件的加工质量，避免工件的热损伤。为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：本技术公开了一种超声波振动辅助磨削的纳米流体微量润滑实验系统，包括：磁力工作台，工件夹具，测力仪和超声波振动装置；所述超声波振动装置包括：切向超声波振动装置、轴向超声波振动装置、可振动底座和固定在可振动底座上的径向压电陶瓷片；所述切向超声波振动装置和轴向超声波振动装置分别固定在可振动底座上；所述切向超声波振动装置和轴向超声波振动装置分别通过支架固定在磁力工作台上，所述测力仪固定在可振动底座上，所述工件夹具固定于测力仪上；所述径向压电陶瓷片与超声波发生器连接，提供径向振动；所述径向压电陶瓷片与切向超声波振动装置和轴向超声波振动装置配合，实现径向、切向和轴向的不同振动方向的合成；通过调节切向超声波振动装置和轴向超声波振动装置之间的角度，使磨粒与工件产生不同的相对运动轨迹，实现不同的磨削效果。进一步地，所述切向超声波振动装置与轴向超声波振动装置安装在同一水平面上，切向超声波振动装置平行于砂轮的磨削方向,轴向超声波振动装置垂直于砂轮的磨削方向；所述轴向超声波振动装置相对于切向超声波振动装置可旋转设置，夹角的调整范围为45°～165°。角度的可调，使磨粒与工件产生不同的相对运动轨迹，从而实现不同的磨削效果，使工件磨削表面形成更加致密的织构纹路，提高工件表面质量。进一步地，所述切向超声波振动装置通过纵向剖面呈L型形状的切向支架固定于所述的磁力工作台上，切向支架顶部支撑切向变幅杆，切向变幅杆一端与切向换能器连接，切向换能器一端与超声波发生器连接，另一端通过垫块和螺柱与可振动底座连接。进一步地，所述轴向超声波振动装置通过纵向剖面呈L型形状的轴向可调支架固定于所述的磁力工作台上，所述轴向超声波振动装置包括轴向变幅杆，轴向变幅杆一端与轴向换能器连接，另一端连接可振动底座，轴向换能器与超声波发生器连接。切向超声波振动装置与轴向超声波振动装置设于支架上，支架通过磁力直接吸附在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波振动辅助磨削的纳米流体微量润滑实验系统，其特征在于，包括：磁力工作台，工件夹具，测力仪和超声波振动装置；所述超声波振动装置包括：切向超声波振动装置、轴向超声波振动装置、可振动底座和固定在可振动底座上的径向压电陶瓷片；所述切向超声波振动装置和轴向超声波振动装置分别与可振动底座连接；所述切向超声波振动装置和轴向超声波振动装置分别通过支架固定在磁力工作台上，所述测力仪固定在可振动底座上，所述工件夹具固定于测力仪上；所述径向压电陶瓷片与超声波发生器连接，提供径向振动；所述径向压电陶瓷片与切向超声波振动装置和轴向超声波振动装置配合，实现径向、切向和轴向的不同振动方向的合成；通过调节切向超声波振动装置和轴向超声波振动装置之间的角度，使磨粒与工件产生不同的相对运动轨迹，实现不同的磨削效果。

【技术特征摘要】
1.一种超声波振动辅助磨削的纳米流体微量润滑实验系统，其特征在于，包括：磁力工作台，工件夹具，测力仪和超声波振动装置；所述超声波振动装置包括：切向超声波振动装置、轴向超声波振动装置、可振动底座和固定在可振动底座上的径向压电陶瓷片；所述切向超声波振动装置和轴向超声波振动装置分别与可振动底座连接；所述切向超声波振动装置和轴向超声波振动装置分别通过支架固定在磁力工作台上，所述测力仪固定在可振动底座上，所述工件夹具固定于测力仪上；所述径向压电陶瓷片与超声波发生器连接，提供径向振动；所述径向压电陶瓷片与切向超声波振动装置和轴向超声波振动装置配合，实现径向、切向和轴向的不同振动方向的合成；通过调节切向超声波振动装置和轴向超声波振动装置之间的角度，使磨粒与工件产生不同的相对运动轨迹，实现不同的磨削效果。2.如权利要求1所述的一种超声波振动辅助磨削的纳米流体微量润滑实验系统，其特征在于，所述切向超声波振动装置与轴向超声波振动装置安装在同一水平面上，切向超声波振动装置平行于砂轮的磨削方向,轴向超声波振动装置垂直于砂轮的磨削方向；所述轴向超声波振动装置相对于切向超声波振动装置可旋转设置，夹角的调整范围为45°～165°。3.如权利要求1所述的一种超声波振动辅助磨削的纳米流体微量润滑实验系统，其特征在于，所述切向超声波振动装置通过纵向剖面呈L型形状的切向支架固定于所述的磁力工作台上，切向支架顶部支撑切向变幅杆，切向变幅杆一端与切向换能器连接，切向换能器一端与超声波发生器连接，另一端通过垫块和螺柱与可振动底座连接。4.如权利要求1所述的一种超声波振动辅助磨削的纳米流体微量润滑实验系统，其特征在于，所述轴向超声波振动装置通过纵向剖面呈L型形状的轴向可调支架固定于所述的磁力工作台上，所述轴向超声波振动装置包括轴向变幅杆，轴向变幅杆一端与轴向换能器连接，另一端连接可振动底座，轴向...

【专利技术属性】
技术研发人员：高腾，张仙朋，李长河，张彦彬，杨敏，贾东洲，侯亚丽，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：新型
国别省市：山东,37