一种回转体零件的高速磨削特性分析测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于分析回转体零件高速磨削特性的测试方法及其装置，其主要包括高速砂轮主轴系统、工件主轴系统、用于测试外圆磨削力的测力装置、外圆磨削工件及其温度测试装置、用于分析研究磨削力、热及其耦合效应的计算方法及其软件系统。同时采集回转体零件高速磨削过程中的磨削力与磨削热，以辨析高速磨削过程中的机械能和热能对工件表面质量、砂轮磨损机理等的作用；大大提高回转件磨削力的测试精度和效率；通过反向热流计算方法及其算法，获得到进入工件、砂轮等的热流，以揭示高速磨削工艺对工件表面质量、砂轮磨损机理的作用，并进一步进行磨削工艺参数等的优化，由此，可以揭示不同工件材料的高速磨削特性，进而，进行高速磨削工艺及其主要配置的优化设计。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于回转体零件高速磨削过程中磨削力、磨削热准确测试的传感装置及采用该装置的测试方法，属于磨削生产过程或高速磨削试验在线测试

技术介绍
在汽车、轴承和航空航天器制造领域中，高速高效磨削很大程度上提高了磨削生产的效率，同时也能兼顾加工精度和生产成本。为了更深入地理解磨削加工的机理，更及时准确地监控磨削过程，有效地提高磨削质量和磨削效率，迫切需要实现磨削温度和磨削力的同时在线测量。平面磨削已实现磨削温度和磨削力的同时在线测量。其中使用的测力仪已有 较为成熟的产品，例如KiStIer公司生产的9257A、大连理工生产的YDX-39702 ;平面磨削温度的测量现已成功地采用夹式测温试件和顶式测温试件两种结构分别公开在《Anexperimental investigation of temperatures and energy partition ingrindingof cemented carbide with a brazed diamond wheel》(Y. J. Zhan and X.P.Xu, TheInternational Journal of Advanced Manufacturing Technology,2012.61 (1-4)p.117-125)及《High Speed Grinding ofAdvanced Ceramics A Review》(HuangH. , KeyEngineering Materials, 2009. P. 404.)中。但是，在外圆磨削中，工件在整个磨削过程始终处于绕轴线回转状态，这使得传感器的安装与引线变得十分困难。关于外圆磨削中磨削温度和磨削力的同时在线测量文献报道，一直处于空白。近有研究人员(Jiaming Ni, Beizhi Li, JingzhuPang, “APractical Study on the Surface Integrity of High-Speed Cylindrical GrindingofSiC^aterials Science Forum Vol. 723 (2013) p. 202-207)尝试过将瑞士 Kistler 公司产的9123C测力仪用于外圆磨削力的测量，但因该测力仪的敏感原件在测量过程中也要随工件转动，传感器的制作工艺十分复杂，技术要求严格，制作难度大，生产费用高，因此，此类传感器制成的测力仪成本也随之增高，难以实用。此外，在测量过程中，该测力仪的测量坐标始终相对于机床坐标回转。因此，实际测量的法向力和切向力呈周期性变化，必需经复杂的后续标定和数据处理，才能获得稳定的磨削力数据。外圆磨削的磨削温度测量，同样因砂轮和工件的回转运动遇到挑战。当使用夹式测温试件和顶式测温试件时，砂轮和工件的回转运动使工件的定位和夹紧变得非常困难。热电偶检测信号的引出与数据采集技术迄今尚未突破。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种实用性强，能同时进行外圆磨削力和砂轮、工件磨削表面温度测量的装置及采用该装置的方法。为了达到上述目的，本专利技术的一个技术方案是提供了一种回转体零件的高速磨削特性分析测试装置，其特征在于，包括外圆磨削用的工件及其温度测试装置，包括工件心轴、套装在工件心轴外的工件及埋在工件被磨削表层的工件温度测量装置，由工件温度测量装置实时采集工件表面的磨削温度；高速砂轮主轴系统，包括电主轴、由电主轴带动高速旋转的超硬磨料砂轮及埋在砂轮工作表层的砂轮温度测量装置，由超硬磨料砂轮对工件进行磨削，由砂轮温度测量装置实时采集砂轮表面温度；工件主轴系统，包括测力顶尖部件一及驱动部件，由驱动部件驱动工件心轴旋转；测力装置，包括测力顶尖部件二及电荷放大器，由测力顶尖部件二配合测力顶尖 部件一将工件心轴夹紧并定心定位，在工件心轴旋转过程中，测力顶尖部件一及测力顶尖部件二保持不动，通过测力顶尖部件一及测力顶尖部件二获取表示工件受力情况的电荷信号，由电荷放大器对该电荷信号进行放大；数据处理系统，捕获工件磨削温度、砂轮表面磨削温度及放大后的电荷信号，并对数据进行分析处理。优选地，所述工件温度测量装置包括工件测温热电偶及集流环；所述工件被剖分为至少两部分，工件测温热电偶贴合在相邻两部分的接合面上；包裹工件测温热电偶丝的导线引致套装在所述工件心轴上的集流环，集流环连接所述数据处理系统。优选地，所述导线的厚度为O. 03-0. 04mm,宽度为1_1. 2mm。优选地，所述超硬磨料砂轮包括砂轮基体及粘接在砂轮基体外的超硬磨料层；所述砂轮温度测量装置包括砂轮测温热电偶、信号调理器、无线发射装置及云母片，砂轮测温热电偶嵌入超硬磨料层，由云母片对砂轮测温热电偶进行绝缘处理，砂轮测温热电偶连接信号调理器，信号调理器连接无线发射装置，由无线发射装置将砂轮表面磨削温度信号发送给所述数据处理系统。优选地，所述驱动部件包括工件电主轴、对称拨杆一、对称拨杆二及鸡心夹头，鸡心夹头用于夹持所述工件心轴，工件电主轴通过对称拨杆一及对称拨杆二驱动鸡心夹头及工件。优选地，所述测力顶尖部件一及所述测力顶尖部件二的结构相同，包括顶尖、安装在顶尖上的固定式三向测力敏感元件及与顶尖固定连接的标准莫氏锥，标准莫氏锥位置固定，由三向测力敏感兀件分别获得表不位于X轴方向分力的电荷信号、表不位于Y轴方向分力的电荷信号及表不位于Z轴方向分力的电荷信号；由所述电荷放大器分别对X轴分力的电荷信号、Y轴分力的电荷信号及Z轴分力的电荷信号进行放大。本专利技术还提供了一种回转体零件的高速磨削特性分析测试方法，其特征在于，步骤为第一步、分别求解磨削弧区产生的总热量Qt、切屑吸收热量Q。、冷却液吸收热量Qf及工件吸收热量Qw，其中Q1 =气!’ Ft = Fly+Fry,Fly为通过测力顶尖部件一获得的位于Y轴方向上的力，Fry为通过测力顶尖部件二获得的位于Y轴方向上的力，Vs为超硬磨料砂轮的线速度，b为超硬磨料砂轮的宽度；Qc = P ccpwTcapvw, P。为制成工件的材料的密度，Cpw为制成工件的材料的比热，Tc为制成工件的材料的熔点温度，ap为磨削深度，Vw为工件的线速度；Qf= a f (Tf-T0) lg, a f为磨削时所使用的冷却液的热扩散率，Tf为磨削时所使用的磨削液的沸点温度，T0为室温，Ig为超硬磨料砂轮与工件相接触部位的接触弧长；工件吸收热量Qw通过如下步骤获得步骤I. I、将工件表面的磨削弧区划分为η个等距点，第j个等距点(\，0)的位置坐标为(Xj，O)，对每个等距点进行表面温度测量，以得到磨削弧区的温度分布ew(Xj，o)，每两个相邻等距点间的等距微热流元的热流表达为qw(l)，I为磨削弧长上等距微热流元的位置变量，工件(4. 3)表面的热流qwU)在第i个等距微热流元内可以近似看作常数qi(i=1，...，11)，则第1个等距微热流元对第」_个等距点(Xj，0)的作用以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种回转体零件的高速磨削特性分析测试装置，其特征在于，包括：？外圆磨削用的工件及其温度测试装置(IV)，包括工件心轴(4.1)、套装在工件心轴(4.1)外的工件(4.3)及埋在工件被磨削表层的工件温度测量装置，由工件温度测量装置实时采集工件(4.3)表面的磨削温度；？高速砂轮主轴系统(I)，包括电主轴(1.1)、由电主轴(1.1)带动高速旋转的超硬磨料砂轮(1.2)及埋在砂轮工作表层的砂轮温度测量装置，由超硬磨料砂轮(1.2)对工件(4.3)进行磨削，由砂轮温度测量装置实时采集砂轮表面温度；？工件主轴系统(II)，包括测力顶尖部件一(2.4)及驱动部件，由驱动部件驱动工件心轴(4.1)旋转；？测力装置(III)，包括测力顶尖部件二(3.1)及电荷放大器(3.3)，由测力顶尖部件二(3.1)配合测力顶尖部件一(2.4)将工件心轴(4.1)定心定位并夹紧，在工件心轴(4.1)旋转过程中，测力顶尖部件一(2.4)及测力顶尖部件二(3.1)保持不动，通过测力顶尖部件一(2.4)及测力顶尖部件二(3.1)获取表示工件(4.3)受力情况的电荷信号，由电荷放大器(3.3)对该电荷信号进行放大；？数据处理系统(V)，捕获工件磨削温度、砂轮表面磨削温度及放大后的电荷信号，并对数据进行分析处理。...

【技术特征摘要】
1.一种回转体零件的高速磨削特性分析测试装置，其特征在于，包括外圆磨削用的工件及其温度测试装置(IV)，包括工件心轴(4. I)、套装在工件心轴 (4. I)外的工件(4. 3)及埋在工件被磨削表层的工件温度测量装置，由工件温度测量装置实时采集工件(4. 3)表面的磨削温度；高速砂轮主轴系统(I)，包括电主轴(I. I)、由电主轴(I. I)带动高速旋转的超硬磨料砂轮(I. 2)及埋在砂轮工作表层的砂轮温度测量装置，由超硬磨料砂轮(I. 2)对工件(4. 3) 进行磨削，由砂轮温度测量装置实时采集砂轮表面温度；工件主轴系统(II)，包括测力顶尖部件一(2.4)及驱动部件，由驱动部件驱动工件心轴(4. I)旋转；测力装置(III)，包括测力顶尖部件二(3. I)及电荷放大器(3. 3)，由测力顶尖部件二 (3. I)配合测力顶尖部件一(2. 4)将工件心轴(4. I)定心定位并夹紧，在工件心轴(4. I)旋转过程中，测力顶尖部件一(2. 4)及测力顶尖部件二(3. I)保持不动，通过测力顶尖部件一 (2. 4)及测力顶尖部件二(3. I)获取表示工件(4. 3)受力情况的电荷信号，由电荷放大器 (3. 3)对该电荷信号进行放大；数据处理系统(V)，捕获工件磨削温度、砂轮表面磨削温度及放大后的电荷信号，并对数据进行分析处理。2.如权利要求I所述的一种回转体零件的高速磨削特性分析测试装置，其特征在于 所述工件温度测量装置包括工件测温热电偶(4. 3. 3)及集流环(4. 2);所述工件(4. 3)被剖分为至少两部分，工件测温热电偶(4. 3. 3)贴合在相邻两部分的接合面上；包裹工件测温热电偶(4. 3. 3)丝的导线(4. 5)引致套装在所述工件心轴(4. I)上的集流环(4. 2)，集流环(4. 2)连接所述数据处理系统(V)。3.如权利要求2所述的一种回转体零件的高速磨削特性分析测试装置，其特征在于 所述导线(4. 5)的厚度为O. 03-0. 04mm,宽度为1-1. 2mm。4.如权利要求I所述的一种回转体零件的高速磨削特性分析测试装置，其特征在于所述超硬磨料砂轮(I. 2)包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：李蓓智，倪嘉铭，庞静珠，杨建国，吴重军，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：