新型超聲振動(dòng)輔助單顆磨粒劃刻試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于精密超精密加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型超聲振動(dòng)輔助單顆磨粒劃刻試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著許多新技術(shù)的興起以及基礎(chǔ)理論和測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，陶瓷材料得到了快速的發(fā)展。陶瓷材料具有熔點(diǎn)高、硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫、耐磨損、耐氧化和腐蝕以及質(zhì)量輕、彈性模量大、強(qiáng)度高等優(yōu)良性能。因此，陶瓷材料能夠在高溫、腐蝕等苛刻環(huán)境下工作。然而由于陶瓷材料的脆性高、可加工性差，傳統(tǒng)加工方法的成本較高，又由于磨削過程中引起的陶瓷表面質(zhì)量降低，因此在一定程度上限制其廣泛應(yīng)用。磨削加工作為陶瓷的主要加工手段，常見的磨削加工損傷形式主要有裂紋、碎裂和殘余應(yīng)力等。加工后材料表面出現(xiàn)的損傷會(huì)大大降低零件的使用壽命甚至可能使零件不能滿足使用要求，為了研究加工表面的損傷，設(shè)計(jì)了該試驗(yàn)裝置。
[0003]磨削過程是由大量磨粒同時(shí)與被加工材料相互作用并完成材料的去除。在此過程中，由于參與磨削的磨粒數(shù)量多，磨粒切削刃形狀、位置的隨機(jī)性、磨削速度等多種因素相互影響，研究磨削表面的形成機(jī)理和材料的去除機(jī)理異常困難。磨削本質(zhì)上可以歸結(jié)為砂輪表面每一顆磨粒對(duì)被加工材料進(jìn)行微觀切削，每一顆磨粒的切削行為可以表示為:滑擦(彈性變形)、耕犁(塑性變形)、切削(形成切肩)。因此可以將極其復(fù)雜的磨削過程簡(jiǎn)化為單顆磨粒磨削，這樣就可以在不受其他磨粒的影響下，研究單顆磨粒的切削行為，深入探討磨削機(jī)理。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種設(shè)計(jì)合理、易于操作、自動(dòng)化程度高、可以顯示材料表面變化的新型超聲振動(dòng)輔助單顆磨粒劃刻試驗(yàn)裝置。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:新型超聲振動(dòng)輔助單顆磨粒劃刻試驗(yàn)裝置，包括精密磨床，精密磨床包括工作臺(tái)和沿前后水平方向設(shè)置的主軸，精密磨床上設(shè)有操控工作臺(tái)沿X、Y、Z方向移動(dòng)的進(jìn)給微調(diào)機(jī)構(gòu)，還包括支架、單顆磨粒劃刻系統(tǒng)、超聲振動(dòng)系統(tǒng)、工業(yè)攝像機(jī)、高速攝像機(jī)、顯示器、測(cè)力儀和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng);測(cè)力儀和工業(yè)攝像機(jī)均設(shè)在工作臺(tái)上，超聲振動(dòng)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)均位于測(cè)力儀一側(cè)，工業(yè)攝像機(jī)和顯示器位于測(cè)力儀另一側(cè)，高速攝像機(jī)設(shè)在支架上，支架設(shè)在精密磨床一側(cè)；
[0006]單顆磨粒劃刻系統(tǒng)包括圓環(huán)形的刻劃盤，刻劃盤上中心對(duì)稱設(shè)有金剛石刻劃筆和配重塊，刻劃盤同軸向設(shè)在精密磨床的主軸上；
[0007]超聲振動(dòng)系統(tǒng)包括變幅桿、換能器、發(fā)生器電源和工裝；工裝設(shè)在測(cè)力儀上，發(fā)生器電源通過電線與換能器連接，變幅桿呈圓錐形或階梯型結(jié)構(gòu)，換能器與變幅桿的較小端連接，變幅桿的較大端與工裝一側(cè)連接；
[0008]數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括依次通過數(shù)據(jù)線連接的電荷放大器、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)，電荷放大器的數(shù)據(jù)采集端與測(cè)力儀的數(shù)據(jù)輸出端連接。
[0009]工裝上裝夾有工件，工業(yè)攝像機(jī)和高速攝像機(jī)的鏡頭朝向金剛石刻劃筆與工件的接觸處，工業(yè)攝像機(jī)與顯示器通過信號(hào)線連接，高速攝像機(jī)自帶顯示設(shè)備。
[0010]采用上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的試驗(yàn)方法，包括以下步驟:
[0011 ] (I )、將工件安裝到工裝上，變幅桿的較大端連接在工裝右側(cè);先選用工業(yè)攝像機(jī)安裝在精密磨床的工作臺(tái)左側(cè)；
[0012](2)、利用工業(yè)攝像機(jī)和精密磨床的進(jìn)給微調(diào)機(jī)構(gòu)對(duì)金剛石刻劃筆進(jìn)行快速準(zhǔn)確的對(duì)刀；
[0013](3)、對(duì)刀完成后，將工業(yè)攝像機(jī)拆卸，把高速攝像機(jī)安裝到支架上，高速攝像機(jī)的攝像頭對(duì)準(zhǔn)金剛石劃刻筆與工件的接觸表面，啟動(dòng)精密磨床及超聲振動(dòng)系統(tǒng)，使金剛石刻劃筆產(chǎn)生Z向進(jìn)給，測(cè)力儀對(duì)試驗(yàn)過程中工件受力進(jìn)行檢測(cè)和記錄，并將數(shù)據(jù)通過電荷放大器、數(shù)據(jù)采集卡傳輸?shù)接?jì)算機(jī);改變金剛石刻劃筆的Z向進(jìn)給深度，再次重復(fù)上述工作過程；
[0014](4)、高速攝像機(jī)對(duì)劃刻過程中磨粒的運(yùn)動(dòng)軌跡、微觀變化過程以及材料的去除過程進(jìn)行在線觀測(cè)和記錄；
[0015](5)、關(guān)閉超聲振動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)行單顆磨粒的常規(guī)劃刻，記錄測(cè)力儀的數(shù)據(jù)，記錄高速攝像機(jī)的觀測(cè)圖像及數(shù)據(jù)；
[0016](6)、對(duì)比超聲振動(dòng)狀態(tài)下與常規(guī)刻劃情況下的數(shù)據(jù)情況，并進(jìn)行分析。
[0017]所述步驟(3)中，工件在劃刻過程中受到工裝的振動(dòng)與金剛石刻劃筆的擠壓，工件在金剛石刻劃筆劃刻過程所受的力通過工裝傳遞給測(cè)力儀，測(cè)力儀將力的動(dòng)態(tài)變化信號(hào)傳輸給與其連接的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，即可實(shí)現(xiàn)超聲振動(dòng)輔助下單顆磨粒磨削過程中磨削力動(dòng)態(tài)變化的檢測(cè)和記錄。
[0018]所述步驟(4)中，利用高速攝像機(jī)在線觀測(cè)超聲輔助下單顆磨粒的劃刻過程，通過顯示器觀察磨削過程中加工表面產(chǎn)生的裂紋，以及材料的破碎、脫落的微觀變化，從而進(jìn)一步研究材料去除機(jī)理理。
[0019]采用上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型科學(xué)合理，可以實(shí)時(shí)觀測(cè)普通及超聲輔助振動(dòng)單顆磨粒的劃刻過程，通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析與比較，可為研究陶瓷材料去除機(jī)理以及表面及邊界質(zhì)量的研究提供數(shù)據(jù)支持。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型在對(duì)刀時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本實(shí)用新型的左視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型的新型超聲振動(dòng)輔助單顆磨粒劃刻試驗(yàn)裝置，包括精密磨床(圖中未示意)，精密磨床包括工作臺(tái)12和沿前后水平方向設(shè)置的主軸，精密磨床上設(shè)有操控工作臺(tái)12沿X、Y、Z方向移動(dòng)的進(jìn)給微調(diào)機(jī)構(gòu)，還包括支架17、單顆磨粒劃刻系統(tǒng)、超聲振動(dòng)系統(tǒng)、工業(yè)攝像機(jī)13、高速攝像機(jī)16、顯示器15、測(cè)力儀8和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng);測(cè)力儀8和工業(yè)攝像機(jī)13均設(shè)在工作臺(tái)12上，超聲振動(dòng)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)均位于測(cè)力儀8—偵U，工業(yè)攝像機(jī)13和