專利名稱：磨削液有效流量率及動壓力的測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種磨削液有效流量率及動壓力的測量裝置。
背景技術(shù)：
磨削加工方法工藝適應(yīng)性極強，應(yīng)用范圍廣，可對金屬、陶瓷、玻璃、石材、耐火材料、混凝土、骨骼、復(fù)合材料等各種材料進行荒、粗、精和超精加工，許多難加工材料目前只能用磨削加工，目前已知的磨床已超過3000種。更為重要的是，絕大多數(shù)機械加工零件的最終精度和表面質(zhì)量是由磨削工藝決定的。因此，磨削加工是機械加工行業(yè)最基本、最重要的工藝方法之一。磨削加工，去除單位材料體積所消耗的能量遠大于其它切削加工方法，在磨削區(qū)·產(chǎn)生大量的熱，這些熱傳散在切屑、刀具和工件上。磨削熱效應(yīng)對工件表面質(zhì)量和使用性能影響極大。特別是當溫度在砂輪/工件界面上超過某一臨界值時，就會引起表面的熱損傷(表面的氧化、燒傷、殘余拉應(yīng)力和裂紋)，其結(jié)果將會導(dǎo)致零件的抗磨損性能降低，抗疲勞性能變差，從而降低了零件的使用壽命和可靠性。此外，磨削周期中工件的累積溫升，導(dǎo)致工件的尺寸精度、形狀精度誤差和砂輪的使用壽命降低。因此，有效控制磨削區(qū)的溫度降低工件表面熱損傷，是研究磨削機理和提高被磨零件表面完整性的重要課題。在磨削加工中，磨削液占有重要的地位，因為它具有潤滑、冷卻、清洗、排屑、防銹、降低磨削力和改善工件表面質(zhì)量等功效，是磨削加工過程不可缺少的生產(chǎn)要素之一。水的導(dǎo)熱系數(shù)是礦物油的6倍，水中加入部分礦物油和少量添加劑，可以得到成本低、散熱性能好的乳化液和微乳液。但是由于環(huán)保的要求，潤滑液的廢液必須經(jīng)過處理、達標后才能排放，廢液處理耗資巨大，高達磨削液成本的54%，使人們不得不對磨削液作重新評價。德國對汽車制造廠作過調(diào)查，得到的結(jié)果是工具費用只占加工成本的2% -4% ;但與磨削液有關(guān)的費用，卻占成本的7%-17%，是工具費用的3-5倍。機械加工中的能量消耗，主軸運轉(zhuǎn)需要的動力只占20%，與冷卻潤滑有關(guān)的能量消耗卻占53%。這說明由于“環(huán)保和低碳”的要求，乳化液的廉價優(yōu)勢已不存在，已經(jīng)變成影響生產(chǎn)發(fā)展的障礙。面對人類社會可持續(xù)發(fā)展的需要，面向環(huán)境友好、資源節(jié)約的低碳制造已經(jīng)勢在必行。為降低磨削區(qū)溫度，生產(chǎn)上廣泛采用向磨削區(qū)供給大流量磨削液的澆注式供液法降低磨削區(qū)溫度。但這種供液方法由于砂輪高速旋轉(zhuǎn)形成的“氣障”使磨削液進入磨削區(qū)十分困難，實際進入砂輪/工件之間的“有效流量率”僅為噴嘴流量的5% -40%，大量的磨削液根本無法進入砂輪/工件界面，磨削液只是起到冷卻工件基體的作用，造成磨削燒傷和工件表面完整性惡化；再加上大量供給的磨削液在砂輪與工件楔形間隙形成流體動壓力和流體引入力，使砂輪主軸產(chǎn)生撓度變形，導(dǎo)致實際切深減小。因此這種供液方法不僅使加工工件產(chǎn)生形狀和尺寸誤差，而且大量浪費磨削液，增加供給和處理磨削液的成本，對環(huán)境造成極大的傷害。目前改進的磨削液注入方法有空氣擋板輔助截斷氣流法、高壓噴射法、砂輪內(nèi)冷卻法、徑向射流沖擊強化換熱法等。空氣擋板輔助截斷氣流法是在砂輪外周面及側(cè)面設(shè)置可調(diào)節(jié)的空氣擋板，阻礙空氣向弧區(qū)快速流動。擋板與砂輪表面間隙應(yīng)盡量小，隨砂輪直徑的減小能連續(xù)地調(diào)整。采用空氣擋板，砂輪表面可以更好的被潤濕，還可防止磨削液向兩旁飛濺。高壓噴射法是提高供給磨削液的壓力，把磨削液高速噴出，使其能沖破氣流屏障進入弧區(qū)，將磨削熱迅速帶走，一般使用壓力在幾MPa。砂輪內(nèi)冷卻法是利用砂輪徑向孔供液或利用砂輪盤的側(cè)孔供液。利用離心力滲漏作用將磨削液通過砂輪氣孔從周邊甩出，進入磨削區(qū)。系統(tǒng)需配置高精度的過濾裝置，以免砂輪堵塞。徑向射流沖擊強化換熱法利用開槽CBN砂輪的徑向小孔高壓噴射磨削液，使磨削液以很高速度(可達lOOm/s)，接近垂直地沖擊弧區(qū)工件表面。由于高壓射流可以輕易沖破已形成汽膜的阻擋，確保磨削液與工件表面的持續(xù)接觸，因而就有條件突破成膜沸騰的障礙，使磨削弧區(qū)溫度降低，這種冷卻液注入方法不受砂輪氣障的影響，換熱效率高，缺點是工作時砂輪易產(chǎn)生振動，導(dǎo)致加工工件精度和表面質(zhì)量降低，而且供液系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。磨削液實際通過砂輪/工件之間的流量與噴嘴流量之比稱為有效流量率，目前測量磨削液通過磨削區(qū)的有效流量率的裝置都是在現(xiàn)有磨床供液裝置的基礎(chǔ)上改進的，自動化程度和測量精度有限，更不能測量有效流量率和磨削液流體動壓力。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是為解決上述問題，提供一種磨削液有效流量率及動壓力的測量裝置，它既能測量磨削液通過砂輪/工件之間的有效流量率，而且也能測量磨削區(qū)的磨削液流體動壓力。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案一種磨削液有效流量率及動壓力的測量裝置，它包括主要由差動螺旋機構(gòu)、橡膠擋板、有效流量分離板、工件、刮板、收集槽及壓電式壓力傳感器組成；其中，工件寬度與砂輪寬度相等；有效流量分離板固定在差動螺旋機構(gòu)的滑板上，由螺桿控制有效流量分離板的橫向移動使其靠近或離開砂輪；在有效流量分離板上與砂輪相配合的位置設(shè)有固連刮板，收集槽連接在工件上，橡膠擋板固定在差動螺旋機構(gòu)的滑板上；壓電式壓力傳感器固定在工件內(nèi)部，砂輪工件磨削區(qū)磨削液的壓力通過工件上的小孔傳遞到壓電式壓力傳感器上進而測量出其動壓力；另外，差動螺旋機構(gòu)、工件和收集槽直接固定在磨床工作臺上。所述工件的左端開有與緊定螺釘配合的孔并且有開槽與收集槽相連；工件的右端開孔與壓電式壓力傳感器相配合，在工件其中頂部開有小孔，磨削區(qū)中某一點的流體動壓力通過這一小孔傳遞到壓電式壓力傳感器上，壓電式壓力傳感器下端的輸出電線通過工件底部的槽與外界電荷放大器相連，輸出信號最終輸入電腦里。所述收集槽為拐角狀；收集槽頂部設(shè)有薄板；在收集槽入口端的薄壁上開有沿高度方向的長孔與緊定螺釘配合，工件與收集槽通過緊定螺釘擰入工件左端的螺紋孔里，沿工件寬度方向固定收集槽。所述差動螺旋機構(gòu)主要由底座、螺桿和滑板組成，螺桿兩側(cè)螺紋的導(dǎo)程不同，但兩側(cè)螺紋旋向相同，其中A段螺紋的導(dǎo)程是I. 25mm, B段螺紋的導(dǎo)程是Imm ;滑板底部呈燕尾
形，安裝在底座的燕尾槽內(nèi)，由螺桿控制其移動，此差動螺旋機構(gòu)滑板的移動距離s為
s = (/廠/>/(2蓯)[0015]其中1A、Ib分別是螺桿A段和B段的螺旋導(dǎo)程#是螺桿轉(zhuǎn)過的角度。所述有效流量分離板由有機玻璃制成，有效流量分離板的一側(cè)開有3個一定深度的螺紋孔分別與差動螺旋機構(gòu)的滑板、刮板相連接，另一側(cè)的底部開有通槽，毛氈位于通槽中。所述刮板由橡膠材料制成，刮板的兩側(cè)開有長槽，在與有效流量分離板連接時可縱向調(diào)節(jié)好其位置后再用螺栓固定。一種采用磨削液有效流量率及動壓力的測量裝置測量磨削液有效流量率的方法，步驟如下I)安裝、固定好裝置各部件，調(diào)節(jié)差動螺旋機構(gòu)的螺桿，使有效流量分離板遠離工件;2)供給磨削液，啟動砂輪，調(diào)整砂輪、工件間的間隙為零，并使砂輪與工件兩側(cè)邊緣對齊；3)調(diào)節(jié)兩側(cè)差動螺旋機構(gòu)的螺桿，使有效流量分離板靠近接觸砂輪；4)調(diào)整工作臺，使砂輪軸線與有效流量分離板右端面的水平距離H為5 10mm，砂輪軸線在有效流量分離板右端面的左側(cè)；5)停止砂輪回轉(zhuǎn)與磨削液供給，安放刮板，調(diào)節(jié)好其位置，使其靠近接觸砂輪，再用螺栓固定；6)供給磨削液，啟動砂輪；7)從收集槽出口端收集有效流量，收集時間t，t為5 20min ；8)測量出收集到的磨削液的質(zhì)量M，帶入公式
M
q有效_。其中p為磨削液的密度，即可求出收集到的有效流量;9)從液壓系統(tǒng)的流量計中直接讀出噴嘴的輸出流量;10)有了知效和q噴，從而計算出磨削液的有效流量率，其值為q有效/q ;11)重復(fù)步驟7 10，得出三組有效流量率，取其平均值；12)改變影響有效流量的參數(shù)砂輪轉(zhuǎn)速、噴嘴流量、噴射速度和噴嘴的位置、角度，測出在相應(yīng)參數(shù)下的有效流量率，從而研究各參數(shù)對它的影響。所述步驟12)中，有效流量率的數(shù)學(xué)模型如下
(I)
e dd kgP s e)
UeH d2h h2 du9 2 2udh dh du9 11 I juh2
+ ⑵+^^l + ^Ll(ys.-ug)^-(±) + ulh-^ = 0Luuoo」 2krp d6, 2p s e Ad kg 0 p式中ue是磨削液在砂輪圓周的切向速度；U是磨削液的動力粘度洱是砂輪的半徑；0是砂輪的氣孔率；P是磨削液的密度；vs是砂輪的圓周速度；h是磨削液滲入到砂輪表面氣孔的深度；P是磨削液在磨削區(qū)的流體動壓力；ke和匕為磨削液在砂輪表面的切向和徑向的滲透系數(shù)，
I _ (1-^)2 ^ /3(\-^) pv⑶
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權(quán)利要求1.一種磨削液有效流量率及動壓力的測量裝置，其特征是，它包括主要由差動螺旋機構(gòu)、橡膠擋板、有效流量分離板、工件、刮板、收集槽及壓電式壓力傳感器組成；其中，工件寬度與砂輪寬度相等；有效流量分離板固定在差動螺旋機構(gòu)的滑板上，由螺桿控制有效流量分離板的橫向移動使其靠近或離開砂輪；在有效流量分離板上與砂輪相配合的位置設(shè)有固連刮板，收集槽連接在工件上，橡膠擋板固定在差動螺旋機構(gòu)的滑板上；壓電式壓力傳感器固定在工件內(nèi)部，砂輪工件磨削區(qū)磨削液的壓力通過工件上的小孔傳遞到壓電式壓力傳感器上進而測量出其動壓力；另外，差動螺旋機構(gòu)、工件和收集槽直接固定在磨床工作臺上。
2.如權(quán)利要求I所述的磨削液有效流量率及動壓力的測量裝置，其特征是，所述工件的左端開有與緊定螺釘配合的孔并且有開槽與收集槽相連；工件的右端開孔與壓電式壓力傳感器相配合，在工件其中頂部開有小孔，磨削區(qū)中某一點的流體動壓力通過這一小孔傳遞到壓電式壓力傳感器上，壓電式壓力傳感器下端的輸出電線通過工件底部的槽與外界電荷放大器相連，輸出信號最終輸入電腦里。
3.如權(quán)利要求I或2所述的磨削液有效流量率及動壓力的測量裝置，其特征是，所述收集槽為拐角狀；收集槽頂部設(shè)有薄板；在收集槽入口端的薄壁上開有沿高度方向的長孔與緊定螺釘配合，工件與收集槽通過緊定螺釘擰入工件左端的螺紋孔里，沿工件寬度方向固定收集槽。
4.如權(quán)利要求I所述的磨削液有效流量率及動壓力的測量裝置，其特征是，所述差動螺旋機構(gòu)主要由底座、螺桿和滑板組成，螺桿兩側(cè)螺紋的導(dǎo)程不同，但兩側(cè)螺紋旋向相同，其中A段螺紋的導(dǎo)程是I. 25mm, B段螺紋的導(dǎo)程是Imm ;滑板底部呈燕尾形，安裝在底座的燕尾槽內(nèi)，由螺桿控制其移動，此差動螺旋機構(gòu)滑板的移動距離s為s = (/廠/>/(2蓯) 其中1A、Ib分別是螺桿A段和B段的螺旋導(dǎo)程#是螺桿轉(zhuǎn)過的角度。
5.如權(quán)利要求I所述的磨削液有效流量率及動壓力的測量裝置，其特征是，所述有效流量分離板由有機玻璃制成，有效流量分離板的一側(cè)開有3個一定深度的螺紋孔分別與差動螺旋機構(gòu)的滑板、刮板相連接，另一側(cè)的底部開有通槽，毛氈位于通槽中。
6.如權(quán)利要求I所述的磨削液有效流量率及動壓力的測量裝置，其特征是，所述刮板由橡膠材料制成，刮板的兩側(cè)開有長槽，在與有效流量分離板連接時可縱向調(diào)節(jié)好其位置后再用螺栓固定。
專利摘要本實用新型公開了一種磨削液有效流量率及動壓力的測量裝置，它既能測量磨削液通過砂輪/工件之間的有效流量率，而且也能測量磨削區(qū)的磨削液流體動壓力。它包括主要由差動螺旋機構(gòu)、橡膠擋板、有效流量分離板、工件、刮板、收集槽及壓電式壓力傳感器組成；其中，工件寬度與砂輪寬度相等；有效流量分離板固定在差動螺旋機構(gòu)的滑板上，由螺桿控制有效流量分離板的橫向移動使其靠近或離開砂輪；在有效流量分離板上與砂輪相配合的位置設(shè)有固連刮板，收集槽連接在工件上，橡膠擋板固定在差動螺旋機構(gòu)的滑板上；壓電式壓力傳感器固定在工件內(nèi)部，砂輪工件磨削區(qū)磨削液的壓力通過工件上的小孔傳遞到壓電式壓力傳感器上進而測量出其動壓力；另外，差動螺旋機構(gòu)、工件和收集槽直接固定在磨床工作臺上。
文檔編號G01L1/16GK202501880SQ20122012017
公開日2012年10月24日 申請日期2012年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月27日
發(fā)明者張強, 李長河, 王勝 申請人:青島理工大學(xué)