一種互為基準法預修硬脆試件的單顆磨粒連續(xù)劃擦干涉行為測試方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明屬于機械加工中的材料性能測試及精密與超精密加工領域，具體涉及一種 互為基準法預修硬脆試件的單顆磨粒連續(xù)劃擦干涉行為測試方法。
【背景技術】
[0002] 磨削過程可以看作是磨具表面大量排列參差不齊，分布不規(guī)則的形狀各異的磨粒 共同完成的切削過程。在科學研究中，常把復雜現(xiàn)象抽象成一種簡化的模式，來探討一些本 質(zhì)的問題。構成砂輪的細小磨粒的切削作用是磨削加工的基礎，單顆磨粒切削作為磨削加 工的基本模式，成為認識復雜磨削作用的一種重要手段。實際磨削過程中，砂輪等磨具上的 磨粒在已加工表面的同一位置上發(fā)生干涉，使磨粒去除材料的形式復雜化，因此磨粒加工 中已加工表面的形成往往是同一位置上多顆磨粒切削、耕犁或劃擦作用的結(jié)果，因此研究 多顆磨粒在表面上的干涉作用對分析磨削過程中的力、溫度、材料的成肩機理以及工件加 工表面質(zhì)量具有重要的指導意義。
[0003] 許多學者在單顆磨粒劃擦實驗上做了大量的工作，發(fā)展了相關的試驗方法及其裝 置，但是由于試驗手段和試驗裝置的欠缺，都沒有考慮多顆磨粒相互干涉的影響，多顆磨粒 相互干涉的研究還大多停留在仿真階段，如利用布爾運算仿真磨粒干涉過程的材料去除， 或利用數(shù)值仿真方法對多顆磨粒的干涉過程進行建模分析。也有少量研究多顆磨粒相互干 涉影響的裝置，如將多顆磨粒以一定的相對角度和徑向間距排列，劃擦的時候產(chǎn)生干涉的 效果，但是多顆磨粒在徑向間距上的排列誤差較大(分辨率1〇μπι)，因此多顆磨粒發(fā)生干涉 時，實際干涉量的控制精度不高于ΙΟμπι，因此只能進行一些大尺寸(大于100μπΟ磨粒的干涉 測試，同時設備結(jié)構復雜，調(diào)整過程很大程度上依賴于操作者的經(jīng)驗，沒有實現(xiàn)自動化調(diào)整 及位置反饋控制，因而難以實現(xiàn)高精度的干涉行為測試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足之處，提供了一種互為基準法預修硬脆試 件的單顆磨粒連續(xù)劃擦干涉行為測試方法，結(jié)合超精密加工修盤和精密運動反饋控制，利 用單顆磨粒即可做出多顆磨粒的劃擦干涉行為，設備結(jié)構簡單，磨粒干涉量的控制精度高； 相關測試結(jié)果可以用于磨削加工機理和磨削表面形成過程的深入研究，從而優(yōu)化磨削加工 參數(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
[0005] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：
[0006] 1. -種互為基準法預修硬脆試件的單顆磨粒連續(xù)劃擦干涉行為測試方法，包括：
[0007] 1)將硬脆試件與有色金屬背襯固接在一起；
[0008] 2)對試件端面進行研磨拋光，使其平面度達到ΙΤ1級，表面粗糙度Ra優(yōu)于5nm;
[0009] 3)將試件與背襯固定在電主軸上且背襯向上，試件與背襯可通過電主軸旋轉(zhuǎn)；對 試件與背襯進行在線動平衡；
[0010] 4)采用金剛石單點刀具對該背襯進行修盤，以在背襯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5nm的修盤區(qū)域，且背襯表面修盤區(qū)域與試件端面的平行度 在IT1級以內(nèi)，具體步驟如下：
[0011] 4-1)聚晶金剛石單點車刀修盤:立式車削模式，修盤時背襯的轉(zhuǎn)速范圍為2000~ 1 OOOOrpm，聚晶金剛石單點車刀從背襯外側(cè)以10~50μπι的切深沿背襯徑向進給，進給速度 范圍為0.4~1.2mm/s，進給距離為背襯直徑的1/4~1/2;
[0012] 4-2)單晶金剛石單點車刀修盤:立式車削模式，修盤時背襯的轉(zhuǎn)速范圍為2000~ 1 OOOOrpm，單晶金剛石單點車刀從背襯外側(cè)以2~1 Ομπι的切深沿背襯徑向進給，進給速度范 圍為0.1~0.3mm/s，進給距離為背襯直徑的1/4~1/2;
[0013] 5)取下試件與背襯，翻轉(zhuǎn)，再次將試件與背襯固定在電主軸上且試件向上，試件與 背襯可通過電主軸旋轉(zhuǎn);對試件與背襯進行在線動平衡；
[0014] 6)金剛石單點刀具觸碰對刀儀，確定試件端面與對刀儀對刀平面的高度差ho;將 金剛石單點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 將工具頭沿試件與背襯旋轉(zhuǎn)的軸向方向上移ho+δ，以使工具頭頂端的磨粒位于試件端面上 方S處，完成對刀；
[0015] 7)將工具頭水平移至試件端面的劃擦點正上方，并下移δ+辦以使劃擦深度為ap;根 據(jù)需測試的劃擦速度v和劃擦點所在的劃擦半徑R，
計算試件與背襯的設定 轉(zhuǎn)速η;根據(jù)需測試的干涉比率P，單顆磨粒的圓弧半徑r，劃擦深度&[)，通過
工具頭的徑向進給速度s;試件與背襯按照設定轉(zhuǎn)速η轉(zhuǎn)動，且工 具頭按照徑向進給速度s和劃擦深度~沿試件徑向進給，以使磨粒在試件端面劃擦形成預 定干涉程度的劃痕，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)。
[0016] -實施例中：所述步驟7)中，工具頭按照徑向進給速度s和劃擦深度aP沿試件徑向 進給的同時沿試件旋轉(zhuǎn)軸線方向進給。
[0017] 一實施例中：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;該磨粒通過機械夾持、電鍍或釬焊固接在工具頭頂端;所述工具頭 為壓頭。
[0018] -實施例中：所述背襯為圓盤形，試件與背襯疊置固接在一起，且試件周緣不超出 背襯邊緣之外;所述背襯或試件通過真空吸盤與電主軸相連。
[0019] 一實施例中：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。
[0020] 一實施例中：所述測力儀的固有頻率高于4KHZ，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。
[0021] -實施例中：所述工具頭在沿試件旋轉(zhuǎn)的軸向方向和徑向方向的定位精度均優(yōu)于 0. lMi，該定位精度通過位移傳感器及相應的位置反饋系統(tǒng)配合控制。
[0022] 一實施例中:所述對刀儀的定位精度優(yōu)于0. lMi。
[0023] -實施例中:所述的劃痕為連續(xù)螺旋形劃痕，劃痕圈數(shù)大于3個。
[0024] 一實施例中:所述工具頭軸線平行于試件旋轉(zhuǎn)軸線。
[0025]除有說明外，本發(fā)明所涉及的各裝置的單一處理過程以及各裝置間的連接方式均 為本領域常規(guī)技術，在此不加以詳細描述。
[0026] 本技術方案與【背景技術】相比，它具有如下優(yōu)點：
[0027] 1.本發(fā)明所公開的單顆磨粒劃擦干涉行為的高精度測試方法，利用單顆磨粒即可 做出多顆磨粒的劃擦干涉行為，可用于研究單顆磨粒在不同劃擦深度、不同干涉程度、不同 劃擦速度下干涉行為，由于是連續(xù)劃擦可以準確穩(wěn)定的采集到劃擦力信號;設備結(jié)構簡單， 磨粒干涉量的控制精度高；相關測試結(jié)果可以用于磨削加工機理和磨削表面形成過程的深 入研究，從而優(yōu)化磨削加工參數(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
[0028] 2.本發(fā)明對主軸-試件系統(tǒng)進行在線動平衡，避免了高速旋轉(zhuǎn)過程中的大幅端面 跳動或徑向跳動，從而保持磨粒和試件間的穩(wěn)定接觸狀態(tài)；同時，由于藍寶石等硬脆材料的 難加工特性，直接對硬脆材料進行在線修盤，會造成加工時間和加工