、50%、75%;單顆球形磨粒的 圓弧半徑1'為0.2111111;劃擦深度3 1)分別設(shè)為1(^111、2(^111、3(^111、4(^111、5(^111，計算相應(yīng)的8值;工 具頭在以s徑向進(jìn)給的同時以5ym/s的速度沿試件旋轉(zhuǎn)的軸線方向向下進(jìn)給，以使相鄰兩圈 劃痕的劃擦深度3 [)之差h = 0. Ιμπι。
[0078] 將工具頭2水平移至修盤區(qū)域3的設(shè)定劃擦點(diǎn)正上方，并下移δ+辦以達(dá)到設(shè)定劃擦 深度aP;開啟冷風(fēng)機(jī)，使冷風(fēng)對準(zhǔn)工具頭和試件進(jìn)行冷卻；試件1按照上述設(shè)定轉(zhuǎn)速η = 3000rpm轉(zhuǎn)動，且工具頭2按照設(shè)定的徑向進(jìn)給速度s和劃擦深度aP沿試件1徑向進(jìn)給，同時 以5ym/s的速度軸向進(jìn)給，結(jié)合試件1的轉(zhuǎn)動，以使磨粒在修盤區(qū)域3劃擦形成干涉比率為P 的連續(xù)螺旋形劃痕，劃痕圈數(shù)大于3個;劃擦過程中通過與工具頭2相連的測力儀和聲發(fā)射 系統(tǒng)采集劃擦過程中的數(shù)據(jù)，并通過信號放大器傳輸至數(shù)據(jù)采集卡，再傳輸至計算機(jī)進(jìn)行 計算，可得到劃擦力、聲發(fā)射信號等物理量，用于研究上述各種條件下的干涉行為。
[0079]采用上述方法得到的磨粒干涉劃痕的三維形貌和二維形貌分別如圖7和圖8所示。
[0080] 本發(fā)明實(shí)施例中，為便于描述，單顆磨粒均為球形，但并不以此為限，磨粒形狀還 可以為圓錐形或多棱錐形等，錐形磨粒的圓弧半徑r即為錐形磨粒的圓頭半徑，市面上可購 買到圓頭半徑在50M1~1_不等的錐形磨粒;磨?？梢詾榻饎偸?、CBN、氧化物陶瓷或氮化物 陶瓷;該磨粒通過機(jī)械夾持、電鍍或釬焊固接在固接在工具頭頂端;所述工具頭可以為壓頭 或其他的固結(jié)磨粒形式。
[0081] 根據(jù)需要，修盤的參數(shù)在如下范圍內(nèi)調(diào)整并進(jìn)行一次或多次修盤，可在試件表面 形成端面跳動量優(yōu)于IT1級，表面平均粗糙度Ra優(yōu)于10nm的修盤區(qū)域：
[0082] 2-1 )CBN單點(diǎn)刀具粗加工修盤:立式車削模式，修盤的同時對CBN單點(diǎn)刀具和試件 進(jìn)行冷卻，修盤時試件的轉(zhuǎn)速范圍為2000~10000rpm，CBN單點(diǎn)刀具從試件外側(cè)以10~50μπι 的切深沿試件徑向進(jìn)給，進(jìn)給速度范圍為〇. 4~1.2mm/s，進(jìn)給距離為試件直徑的1/4~1/2; [0083] 2-2)CBN單點(diǎn)刀具精加工修盤:立式車削模式，修盤的同時對CBN單點(diǎn)刀具和試件 進(jìn)行冷卻，修盤時試件的轉(zhuǎn)速范圍為2000~10000rpm，CBN單點(diǎn)刀具從試件外側(cè)以2~ΙΟμπι 的切深沿試件徑向進(jìn)給，進(jìn)給速度范圍為〇. 1~〇. 3mm/s，進(jìn)給距離為試件直徑的1/4~1/2。 [0084] 對比例
[0085]需要說明的是，本對比例中的測試條件設(shè)置為相鄰劃痕間不發(fā)生干涉，以便于對 比觀察劃痕形態(tài)、劃擦效果的區(qū)別，但本對比例仍然可以反映采用本發(fā)明的測試方法可以 實(shí)現(xiàn)高速高精度的干涉行為測試。
[0086] 取黑色金屬試件，經(jīng)常規(guī)精車工藝加工后，將試件表面分為兩個區(qū)域，其中一個區(qū) 域按照本發(fā)明的修盤步驟進(jìn)行修盤，使其表面質(zhì)量達(dá)到端面跳動量優(yōu)于IT1級，表面平均粗 糙度Ra優(yōu)于10nm，記為修盤區(qū)域;另一區(qū)域不進(jìn)行修盤，記為未修盤區(qū)域。
[0087] 將上述試件采用本發(fā)明的測試方法進(jìn)行單顆磨粒連續(xù)劃擦，在相同測試參數(shù)下在 修盤區(qū)域和未修盤區(qū)域上形成劃痕，劃痕深度很小，可達(dá)到微米級，其對比結(jié)果如圖9所示， 可以看出，在劃痕深度很小的情況下，修盤區(qū)域的劃痕形成連貫的螺旋形，呈均勻間隔分 布，檢測其深度方向誤差小于lym/imm，表明磨粒和試件在修盤區(qū)域內(nèi)的較長劃擦距離上均 能持續(xù)穩(wěn)定接觸，從而可以用于磨粒的高速高精度劃擦干涉行為測試;而未修盤區(qū)域的劃 痕不能形成連貫螺旋形，劃痕間隔不一，劃痕深淺、劃痕寬度均具有肉眼可見的差異性，表 明磨粒和試件之間無法持續(xù)穩(wěn)定接觸，更無法用于磨粒的高速高精度劃擦干涉行為測試。
[0088] 以上所述，僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例而已，故不能依此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即依 本發(fā)明專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明涵蓋的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種CBN刀具預(yù)修黑色金屬試件的單顆磨粒連續(xù)劃擦干設(shè)行為測試方法，其特征在 于:包括： 1) 將黑色金屬試件固定在電主軸上，試件可通過電主軸旋轉(zhuǎn)；對該試件進(jìn)行在線動平 衡； 2) 采用CBN單點(diǎn)刀具對該試件進(jìn)行修盤，W在試件表面形成端面跳動量優(yōu)于IT1級，表 面平均粗糖度Ra優(yōu)于lOnm的修盤區(qū)域，具體步驟如下： 2-1 )CBN單點(diǎn)刀具粗加工修盤:立式車削模式，修盤的同時對CBN單點(diǎn)刀具和試件進(jìn)行 冷卻，修盤時試件的轉(zhuǎn)速范圍為2000~1000化pm，CBN單點(diǎn)刀具從試件外側(cè)W10~50μπι的切 深沿試件徑向進(jìn)給，進(jìn)給速度范圍為0.4~1.2mm/s，進(jìn)給距離為試件直徑的1/4~1/2; 2-2) CBN單點(diǎn)刀具精加工修盤:立式車削模式，修盤的同時對CBN單點(diǎn)刀具和試件進(jìn)行 冷卻，修盤時試件的轉(zhuǎn)速范圍為2000~1000化pm，CBN單點(diǎn)刀具從試件外側(cè)W2~10皿的切 深沿試件徑向進(jìn)給，進(jìn)給速度范圍為0.1~〇.3mm/s，進(jìn)給距離為試件直徑的1/4~1/2; 3. CBN單點(diǎn)刀具觸碰對刀儀，確定修盤區(qū)域與對刀儀對刀平面的高度差ho;將CBN單點(diǎn)刀 具更換為頂端固接有單顆磨粒的工具頭，工具頭頂端的磨粒觸碰對刀儀，再將工具頭沿試 件旋轉(zhuǎn)的軸向方向上移ho+S，W使工具頭頂端的磨粒位于試件修盤區(qū)域上方δ處，完成對 刀； 4) 將工具頭移至修盤區(qū)域的劃擦點(diǎn)正上方，并下移δ+apW使劃擦深度為ap;根據(jù)需測試 的劃擦速度V和劃擦點(diǎn)所在的劃擦半徑R，通過十算試件的設(shè)定轉(zhuǎn)速η;根據(jù)需測 試的干設(shè)比率Ρ，單顆磨粒的圓弧半徑r，劃擦深度ap，通過開算工具 頭的徑向進(jìn)給速度S;試件按照設(shè)定轉(zhuǎn)速η轉(zhuǎn)動，且工具頭按照徑向進(jìn)給速度S和劃擦深度ap 沿試件徑向進(jìn)給，W使磨粒在修盤區(qū)域劃擦形成預(yù)定干設(shè)程度的劃痕;劃擦的同時對工具 頭和試件進(jìn)行冷卻;此過程中通過與工具頭相連的測量系統(tǒng)采集劃擦過程中的數(shù)據(jù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CBN刀具預(yù)修黑色金屬試件的單顆磨粒連續(xù)劃擦干設(shè)行 為測試方法，其特征在于:所述步驟4)中，工具頭按照徑向進(jìn)給速度S和劃擦深度ap沿試件 徑向進(jìn)給的同時沿試件旋轉(zhuǎn)軸線方向進(jìn)給。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CBN刀具預(yù)修黑色金屬試件的單顆磨粒連續(xù)劃擦干設(shè)行 為測試方法，其特征在于:所述磨粒為金剛石、CBN、氧化物陶瓷或氮化物陶瓷，磨粒形狀為 球形、圓錐形或多棱錐形;該磨粒通過機(jī)械夾持、電鍛或針焊固接在工具頭頂端;所述工具 頭為壓頭。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CBN刀具預(yù)修黑色金屬試件的單顆磨粒連續(xù)劃擦干設(shè)行 為測試方法，其特征在于:所述測量系統(tǒng)為測力和聲發(fā)射系統(tǒng)，包括相互信號連接的測力 儀、聲發(fā)射系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集卡和信號放大器;所述工具頭與測力儀和聲發(fā)射系統(tǒng)相連接。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種CBN刀具預(yù)修黑色金屬試件的單顆磨粒連續(xù)劃擦干設(shè)行 為測試方法，其特征在于:所述測力儀的固有頻率高于他化，測力精度優(yōu)于0.01N;所述數(shù)據(jù) 采集卡的采樣速度高于2M/s。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種CBN刀具預(yù)修黑色金屬試件的單顆磨粒連續(xù)劃擦干設(shè)行 為測試方法，其特征在于:所述試件為圓盤形;所述步驟2)中，修盤時CBN刀具的進(jìn)給距離小 于試件半徑，所述修盤區(qū)域?yàn)閳A環(huán)形。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CBN刀具預(yù)修黑色金屬試件的單顆磨粒連續(xù)劃擦干設(shè)行 為測試方法，其特征在于:所述工具頭在沿試件旋轉(zhuǎn)的軸向方向和徑向方向移動的定位精 度均優(yōu)于0. Ιμπι，該定位精度通過位移傳感器及相應(yīng)的位置反饋系統(tǒng)配合控制。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CBN刀具預(yù)修黑色金屬試件的單顆磨粒連續(xù)劃擦干設(shè)行 為測試方法，其特征在于:所述對刀儀的定位精度優(yōu)于0.1WI1。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CBN刀具預(yù)修黑色金屬試件的單顆磨粒連續(xù)劃擦干設(shè)行 為測試方法，其特征在于:所述的劃痕為連續(xù)螺旋形劃痕，劃痕圈數(shù)大于3個。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CBN刀具預(yù)修黑色金屬試件的單顆磨粒連續(xù)劃擦干設(shè)行 為測試方法，其特征在于:所述工具頭軸線平行于試件旋轉(zhuǎn)軸線。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種CBN刀具預(yù)修黑色金屬試件的單顆磨粒連續(xù)劃擦干涉行為測試方法，屬于機(jī)械加工中的材料性能測試及精密與超精密加工領(lǐng)域，通過將黑色金屬試件固定在電主軸上，對該試件進(jìn)行在線動平衡；然后采用CBN刀具對該試件進(jìn)行修盤，達(dá)到測試所需的端面跳動以及粗糙度要求；隨后換裝頂端固接有單顆磨粒的工具頭，并在更換過程中進(jìn)行對刀；最后進(jìn)入劃擦測試，試件以指定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，工具頭以指定切深徑向進(jìn)給，在試件端面形成干涉螺旋形劃痕，測量系統(tǒng)在此過程中采集劃擦力、聲發(fā)射信號等物理量。本發(fā)明能夠模擬高速磨削過程磨粒間的干涉行為。相關(guān)測試結(jié)果可用于磨削機(jī)理的深入研究以及磨削參數(shù)的優(yōu)化。
【IPC分類】B24B27/00, B24B49/00, B24B49/10
【公開號】CN105538154
【申請?zhí)枴緾N201610077954
【發(fā)明人】姜峰, 張濤, 言蘭, 徐西鵬
【申請人】華僑大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2016年2月4日