一種單顆磨粒高速連續(xù)劃擦試驗(yàn)機(jī)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種單顆磨粒高速連續(xù)劃擦試驗(yàn)機(jī)，主要包括固定座，工作臺(tái)，電主軸，試件，X向進(jìn)給裝置，微分頭，夾緊裝置，工具頭，修盤(pán)裝置，測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)刀儀等；通過(guò)修盤(pán)裝置對(duì)試件表面修盤(pán)后，電主軸帶動(dòng)試件旋轉(zhuǎn)，通過(guò)微分頭和X向進(jìn)給裝置帶動(dòng)工具頭以一定切深沿試件徑向進(jìn)給，磨粒在試件表面劃擦形成螺旋形劃痕，測(cè)量系統(tǒng)在此過(guò)程中采集數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型可以在高速條件下準(zhǔn)確測(cè)得單顆磨粒劃擦力，測(cè)試精度較高，測(cè)試結(jié)果可以用于磨削加工機(jī)理的深入研究，從而優(yōu)化磨削加工參數(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種單顆磨粒高速連續(xù)劃擦試驗(yàn)機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型屬于機(jī)械加工中的材料測(cè)試及精密與超精密加工領(lǐng)域，具體涉及一種 單顆磨粒高速連續(xù)劃擦試驗(yàn)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 磨削過(guò)程可以看做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(guò)程。在科學(xué)研究中，常把復(fù)雜現(xiàn)象抽象成一種簡(jiǎn)化的模式，來(lái)探討一些最 本質(zhì)的問(wèn)題。構(gòu)成砂輪的細(xì)小磨粒的切削作用是磨削加工的基礎(chǔ)，單顆磨粒切削作為磨削 加工的基本模式，成為認(rèn)識(shí)復(fù)雜磨削作用的一種重要手段。Ohbuchi Y.與Matsuo T.最早進(jìn) 行了單顆磨粒劃擦實(shí)驗(yàn)。隨后眾多學(xué)者在單顆磨粒劃擦實(shí)驗(yàn)上做了大量的工作，為研究單 顆磨粒劃擦提供了有力的指導(dǎo)。但現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備仍然存在著一些不足之處，例如現(xiàn)有的 劃擦設(shè)備中的單擺式劃擦(工具頭隨轉(zhuǎn)動(dòng)、工件不動(dòng)）只能達(dá)到磨削速度l〇〇m/ S，而一般的 平面劃擦方式(工具頭不動(dòng)，工件轉(zhuǎn)動(dòng)）由于轉(zhuǎn)速低、不容易動(dòng)平衡，實(shí)際劃擦速度只有磨削 速度的1/10,造成測(cè)試時(shí)單顆磨粒劃擦速度遠(yuǎn)低于實(shí)際磨削過(guò)程中的速度，得到的測(cè)試結(jié) 果并不能夠準(zhǔn)確反映實(shí)際的磨削過(guò)程。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供了一種單顆磨粒高速連續(xù) 劃擦試驗(yàn)機(jī)，可以在高速條件下準(zhǔn)確測(cè)得磨削力，測(cè)試精度較高，測(cè)試結(jié)果可以用于磨削加 工機(jī)理的深入研究，從而優(yōu)化磨削加工參數(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
[0004] 本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：
[0005] -種單顆磨粒連續(xù)劃擦試驗(yàn)機(jī)，包括：
[0006] 固定座；
[0007] 水平布置的工作臺(tái)，固接在固定座頂部；
[0008] 垂直布置的電主軸，固接在固定座，且電主軸向上穿出工作臺(tái)；
[0009 ]試件，固接在電主軸頂部且與電主軸同軸，通過(guò)電主軸帶動(dòng)試件旋轉(zhuǎn)；
[0010] X向進(jìn)給裝置，裝接在工作臺(tái)，且進(jìn)給方向垂直于電主軸回轉(zhuǎn)軸線并沿試件徑向進(jìn) 給；
[0011] 夾緊裝置，裝接在X向進(jìn)給裝置，包括夾具體與刀桿;該夾具體內(nèi)設(shè)有上下貫通的 圓孔，該圓孔下部開(kāi)口處向內(nèi)縮口形成臺(tái)階結(jié)構(gòu)；刀桿適配滑動(dòng)裝接在圓孔內(nèi)且可在圓孔 內(nèi)上下移動(dòng)，刀桿上部具有凸環(huán)結(jié)構(gòu)，凸環(huán)結(jié)構(gòu)與臺(tái)階結(jié)構(gòu)之間還設(shè)有用于使刀桿向上復(fù) 位的彈性件;刀桿下部伸出下夾具體；
[0012] 工具頭，可裝拆地裝接在刀桿下部;工具頭頂端固接有磨粒；
[0013] 用于使工具頭沿平行于電主軸回轉(zhuǎn)軸線方向進(jìn)給的微分頭，固接在夾具體;微分 頭的心軸向下伸入圓孔內(nèi)且可分離地頂?shù)衷诘稐U上;通過(guò)微分頭旋轉(zhuǎn)且心軸向下頂?shù)值稐U 以使刀桿向下移動(dòng)，通過(guò)微分頭旋轉(zhuǎn)且心軸向上與刀桿分離且彈性件復(fù)原以使刀桿向上復(fù) 位；
[0014] 用于對(duì)試件表面進(jìn)行修盤(pán)的修盤(pán)裝置，與工具頭及刀桿替換裝拆裝接在夾緊裝 置；
[0015] 用于采集劃擦過(guò)程數(shù)據(jù)的測(cè)量系統(tǒng)，與工具頭相連；
[0016] 對(duì)刀儀，固接在工作臺(tái)，該對(duì)刀儀上設(shè)有用于調(diào)節(jié)對(duì)刀儀的Z軸設(shè)定器；
[0017] 通過(guò)修盤(pán)裝置對(duì)試件表面修盤(pán)后，電主軸帶動(dòng)試件旋轉(zhuǎn)，通過(guò)微分頭和X向進(jìn)給裝 置帶動(dòng)工具頭以一定切深沿試件徑向進(jìn)給，磨粒在試件表面劃擦形成螺旋形劃痕，測(cè)量系 統(tǒng)在此過(guò)程中采集數(shù)據(jù)。
[0018] -實(shí)施例中：所述固定座包括上下固接的床身與底座;所述工作臺(tái)固接在床身頂 部;所述電主軸固接在床身；
[0019]所述工作臺(tái)與固定座之間設(shè)有一能調(diào)平和支撐工作臺(tái)的調(diào)整裝置；
[0020] 所述工作臺(tái)上固接有支撐架，該支撐架包括對(duì)稱(chēng)設(shè)置的長(zhǎng)度不等的兩個(gè)支撐臂， 較短的支撐臂與工作臺(tái)之間設(shè)有一能調(diào)整較短支撐臂高度的微調(diào)裝置;所述X向進(jìn)給裝置 固定在該兩個(gè)支撐臂頂部;通過(guò)微調(diào)裝置調(diào)整較短支撐臂高度以調(diào)節(jié)X向進(jìn)給裝置進(jìn)給方 向；所述微調(diào)裝置的最小位移分辨率優(yōu)于I Onm。
[0021] -實(shí)施例中：所述電主軸旋轉(zhuǎn)的端面跳動(dòng)量和徑向跳動(dòng)量均小于Ιμπι，且其最大轉(zhuǎn) 速不低于5000rpm。
[0022] -實(shí)施例中：所述試件為有色金屬、黑色金屬或脆硬材料制成的圓盤(pán)狀結(jié)構(gòu);試件 通過(guò)試件夾具固接在電主軸頂部;所述試件夾具為真空吸盤(pán)、磁吸盤(pán)或機(jī)械式夾具；電主 軸、試件夾具與試件三者同軸；
[0023] 一實(shí)施例中：所述磨粒為金剛石，CBN，氧化物陶瓷或氮化物陶瓷;磨粒的形狀為球 形、錐形;該磨粒通過(guò)壓頭、釬焊、電鍍固接在工具頭頂端。
[0024] -實(shí)施例中：X向進(jìn)給裝置的進(jìn)位精度優(yōu)于0. Ιμπι;微分頭的最小分度值不大于0.5 1?1;2軸設(shè)定器的定位精度優(yōu)于0.]^1]1。
[0025] 一實(shí)施例中：所述測(cè)量系統(tǒng)為測(cè)力儀與聲發(fā)射系統(tǒng)，包括相互信號(hào)連接的測(cè)力儀、 聲發(fā)射系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集卡和信號(hào)放大器;所述工具頭與測(cè)力儀和聲發(fā)射系統(tǒng)相連接;所述測(cè) 力儀的固有頻率高于4ΚΗζ，測(cè)力精度優(yōu)于0.01Ν;所述數(shù)據(jù)采集卡的采樣速度高于2M/s。
[0026] -實(shí)施例中：所述夾具體包括上夾具體和下夾具體;上夾具體與下夾具體上下裝 接在一起，且二者內(nèi)設(shè)有上下貫通且相互連通的所述圓孔；
[0027] -實(shí)施例中：所述修盤(pán)裝置包括裝接在一起的修盤(pán)刀具和修盤(pán)刀桿，修盤(pán)刀桿適 配滑動(dòng)裝接在夾緊裝置之圓孔內(nèi)且可在圓孔內(nèi)上下移動(dòng);修盤(pán)刀具固接在修盤(pán)刀桿下端；
[0028] 或，
[0029]所述修盤(pán)裝置包括裝接在一起的動(dòng)力頭和單點(diǎn)磨頭。
[0030] -實(shí)施例中：所述修盤(pán)刀具為金剛石車(chē)刀、CBN車(chē)刀。
[0031 ]本技術(shù)方案與【背景技術(shù)】相比，它具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0032]本實(shí)用新型的單顆磨粒高速連續(xù)劃擦試驗(yàn)機(jī)，采用修盤(pán)刀具控制試件表面質(zhì)量， 使得劃擦過(guò)程中磨粒和試件能穩(wěn)定地接觸，達(dá)到更小的穩(wěn)定劃痕深度，保證劃擦過(guò)程的高 精度;并采用高速電主軸帶動(dòng)試件旋轉(zhuǎn)而工具頭沿徑向進(jìn)給的劃擦方式，實(shí)現(xiàn)高速度劃擦； 從而實(shí)現(xiàn)了高速度、高精度的單顆磨粒連續(xù)劃擦測(cè)試；同時(shí)，本實(shí)用新型的單顆磨粒高速連 續(xù)劃擦試驗(yàn)機(jī)可以提供穩(wěn)態(tài)劃擦過(guò)程，比單擺式劃擦試驗(yàn)方法更容易準(zhǔn)確采集切削力、聲 發(fā)射信號(hào)等劃痕過(guò)程的物理量;其測(cè)試結(jié)果可以用于磨削加工機(jī)理的深入研究，從而優(yōu)化 磨削加工參數(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
【附圖說(shuō)明】
[0033]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0034]圖1為本實(shí)用新型單顆磨粒連續(xù)劃擦試驗(yàn)機(jī)的正視示意圖。
[0035] 圖2為本實(shí)用新型單顆磨粒連續(xù)劃擦試驗(yàn)機(jī)的俯視示意圖。
[0036] 圖3為本實(shí)用新型單顆磨粒連續(xù)劃擦試驗(yàn)機(jī)的局部放大示意圖，圖中示出X向進(jìn)給 裝置，微分頭，夾緊裝置，工具頭及相關(guān)部件的連接關(guān)系。
[0037] 圖4為本實(shí)用新型的夾緊裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038] 圖5為圖4中A-A剖面示意圖。
[0039] 圖6為本實(shí)用新型的修盤(pán)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040] 附圖標(biāo)記:底座1，床身2，電主軸3，調(diào)整螺釘4，工作臺(tái)5，微調(diào)裝置6，支撐架7，Z軸 設(shè)定器8，X向直線電機(jī)9,微分頭10,測(cè)力儀11，夾緊裝置12,固定螺釘12a，上夾具體12b，彈 簧12c，下夾具體12d，刀桿13,工具頭14,試件15,試件夾具16,修盤(pán)裝置17,修盤(pán)刀桿17a，修 盤(pán)刀具17b。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 下面通過(guò)實(shí)施例具體說(shuō)明本實(shí)用新型的內(nèi)容：
[0042] 實(shí)施例
[0043] 請(qǐng)查閱圖1至圖6，一種單顆磨粒連續(xù)劃擦試驗(yàn)機(jī)，包括：
[0044] 固定座，包括上下布置并用螺栓固接的床身2與底座1;床身2為鑄鐵結(jié)構(gòu)，可以保 證試驗(yàn)機(jī)的整體剛度，同時(shí)具備一定的吸振能力；
[0045] 水平布置的工作臺(tái)5,固接在床身2頂部;工作臺(tái)5與床身2之間設(shè)有一調(diào)整裝置，為 調(diào)整螺釘4,用于調(diào)平工作臺(tái)5,并對(duì)工作臺(tái)5起一定的支撐作用，以增加工作臺(tái)5的剛度;工 作臺(tái)5中部為孔結(jié)構(gòu)；
[0046] 垂直布置的電主軸3，固接在床身2，且電主軸3向上從工作臺(tái)5的孔結(jié)構(gòu)中穿出工 作臺(tái)5;所述電主軸3可以為電動(dòng)機(jī)直聯(lián)主軸或電動(dòng)機(jī)經(jīng)中間傳動(dòng)、變速裝置驅(qū)動(dòng)主軸，其旋 轉(zhuǎn)的端面跳動(dòng)量和徑向跳動(dòng)量均小于Iym，且其最大轉(zhuǎn)速不低于5000rpm;
[0047] 試件15,為有色金屬、黑色金屬或脆硬材料制成的圓盤(pán)狀結(jié)構(gòu)，通過(guò)試件夾具16固 接在電主軸3頂部;所述試件夾具16為真空吸盤(pán)、磁吸盤(pán)或機(jī)械式夾具；當(dāng)試件15較薄或者 試件15是硬脆材料時(shí)選用真空吸盤(pán)，當(dāng)試件15是鐵磁性材料時(shí)可選用磁吸盤(pán)；電主軸3、試 件夾具16與試件15三者同軸;通過(guò)電主軸3帶動(dòng)試件15進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)；
[0048] X向進(jìn)給裝置，為進(jìn)位精度優(yōu)于Ο.?μπι的X向直線電機(jī)9,通過(guò)進(jìn)給控制系統(tǒng)控制;所 述工作臺(tái)5上固接有支撐架7,該支撐架7包括對(duì)稱(chēng)固接的長(zhǎng)度不等的兩個(gè)支撐臂，較短的支 撐臂與工作臺(tái)5之間設(shè)有一能調(diào)整較短支撐臂高度的微調(diào)裝置6;較長(zhǎng)的支撐臂直接固接在 工作臺(tái)5上;所述X向直線電機(jī)9水平固定在該兩個(gè)支撐臂頂部;所述微調(diào)裝置6為手動(dòng)微調(diào) 旋鈕，最小位移分辨率為IOnm或更佳;通過(guò)微調(diào)裝置6調(diào)整第較短支撐臂高度，從而調(diào)節(jié)X向 直線電機(jī)9的進(jìn)給方向，使其垂直于電主軸3回轉(zhuǎn)軸線，以使X向直線電機(jī)9可沿試件15徑向 進(jìn)給；
[0049] 夾緊裝置12，固接在X向直線電機(jī)9，如圖4所示，包括夾具體和刀桿13等，其中：夾 具體包括上夾具體12b與下夾具體12d，二者通過(guò)兩個(gè)內(nèi)六角螺釘上下裝接在一起，且二者 內(nèi)設(shè)有上下貫通且相互連通的圓孔，該圓孔下部開(kāi)口處向內(nèi)縮口形成臺(tái)階結(jié)構(gòu)；刀桿13適 配滑動(dòng)裝接在圓孔內(nèi)且可在圓孔內(nèi)上下移動(dòng)，刀桿13上部具有凸環(huán)結(jié)構(gòu)，凸環(huán)結(jié)構(gòu)外回轉(zhuǎn) 面與下夾具體12d內(nèi)圓孔側(cè)壁形成間隙配合;刀桿13下部伸出下夾具體12b且下端面設(shè)有螺 紋孔；
[0050] 用于使工具頭沿平行于電主軸回轉(zhuǎn)軸線方向進(jìn)給的微分頭10,最小分度值為0.5μ m，通過(guò)固定螺釘12a固接在上夾具體12b，微分頭的心軸向下伸入圓孔內(nèi)且可分離地頂?shù)衷?刀桿13上;通過(guò)微分頭10旋轉(zhuǎn)且心軸向下頂?shù)值稐U13以使刀桿13向下移動(dòng)；凸環(huán)結(jié)構(gòu)與臺(tái) 階結(jié)構(gòu)之間還設(shè)有用于使刀桿13向上復(fù)位的彈簧12c;這樣，通過(guò)旋轉(zhuǎn)微分頭10可使心軸推 動(dòng)刀桿13向下移動(dòng)，彈簧12c的兩端頂住刀桿13的凸環(huán)結(jié)構(gòu)和下夾具體12d的臺(tái)階結(jié)構(gòu)，當(dāng) 旋轉(zhuǎn)微分頭10可使心軸上移時(shí)，刀桿13可以在彈簧12c回復(fù)力作用下向上移動(dòng)；
[0051]工具頭14,頂端固接有磨粒;所述磨粒可以為金剛石，CBN(立方氮化硼），氧化物陶 瓷或氮化物陶瓷;磨粒的形狀可以為球形、錐形，圓錐形，多棱錐形;該磨粒通過(guò)壓頭、釬焊、 電鍍固接在工具頭14頂端;所述工具頭14尾部為外螺紋結(jié)構(gòu)，通過(guò)該外螺紋結(jié)構(gòu)與刀桿13 的螺紋孔相配以使工具頭14可裝拆地螺接在刀桿13下部；
[0052]用于對(duì)試件表面進(jìn)行修盤(pán)的修盤(pán)裝置17,與工具頭14及刀桿13替換裝接在夾緊裝 置12,如圖6所示，該修盤(pán)裝置17包括裝接在一起的修盤(pán)刀具17b和修盤(pán)刀桿17a，修盤(pán)刀桿 17a適配與刀桿13替換滑動(dòng)裝接在夾緊裝置12之圓孔內(nèi)且可在圓孔內(nèi)上下移動(dòng);修盤(pán)刀桿 17a上部具有另一凸環(huán)結(jié)構(gòu)，該另一凸環(huán)結(jié)構(gòu)外回轉(zhuǎn)面與下夾具體12d內(nèi)圓孔側(cè)壁形成間隙 配合;修盤(pán)刀桿17a下部伸出下夾具體;微分頭10的心軸向下伸入圓孔且可分離地頂?shù)衷谛?盤(pán)刀桿17a上;通過(guò)微分頭10旋轉(zhuǎn)且心軸向下頂?shù)中薇P(pán)刀桿17a以使修盤(pán)刀桿17a向下移動(dòng)； 所述用于使刀桿13向上復(fù)位的彈簧12c也可以裝接在該另一凸環(huán)結(jié)構(gòu)與臺(tái)階結(jié)構(gòu)之間，用 于使修盤(pán)刀桿17a向上復(fù)位;所述修盤(pán)刀具17b固接在修盤(pán)刀桿17a下端，為金剛石車(chē)刀、CBN 車(chē)刀；當(dāng)試件15為黑色金屬時(shí)優(yōu)選使用CBN車(chē)刀，當(dāng)試件15為有色金屬時(shí)優(yōu)選金剛石車(chē)刀； 或者，修盤(pán)裝置也可以為帶有單點(diǎn)磨頭的動(dòng)力頭，用于對(duì)黑色金屬及硬脆材料制成的試件 修盤(pán);還包括，
[0053]用于采集劃擦過(guò)程數(shù)據(jù)的測(cè)量系統(tǒng)，為測(cè)力儀與聲發(fā)射系統(tǒng)，包括相互信號(hào)連接 的測(cè)力儀11、聲發(fā)射系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集卡和信號(hào)放大器;測(cè)力儀11固定在X向直線電機(jī)9動(dòng)子 上;所述夾緊裝置可以固接在測(cè)力儀11上;所述工具頭14與測(cè)力儀11和聲發(fā)射系統(tǒng)相連接； 所述測(cè)力儀11的固有頻率高于4KHz，測(cè)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；
[0054] 對(duì)刀儀，固接在工作臺(tái)，該對(duì)刀儀上設(shè)有用于調(diào)節(jié)對(duì)刀儀的Z軸設(shè)定器8，Z軸設(shè)定 器的定位精度優(yōu)于0. lym。
[0055] 上述單顆磨粒連續(xù)劃擦試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)方法，包括：
[0056] 1)將試件15固定在電主軸3上，試件15可通過(guò)電主軸3旋轉(zhuǎn)；對(duì)該試件15進(jìn)行在線 動(dòng)平衡；
[0057] 2)電主軸3帶動(dòng)試件15旋轉(zhuǎn)，修盤(pán)裝置17在微分頭10帶動(dòng)下以一定切深并在X向直 線電機(jī)9帶動(dòng)下沿試件15徑向進(jìn)給，從試件15外側(cè)沿徑向切入試件15對(duì)該試件15表面進(jìn)行 修盤(pán)，以在試件表面形成圓環(huán)形修盤(pán)區(qū)域;試件修盤(pán)區(qū)域的表面質(zhì)量例如可以達(dá)到軸向跳 動(dòng)量?jī)?yōu)于ITl級(jí)，表面平均粗糙度Ra優(yōu)于3nm;
[0058] 3)記修盤(pán)時(shí)微分頭10的讀數(shù)為21，控制X向直線電機(jī)9和微分頭10進(jìn)給，使修盤(pán)裝 置17觸碰Z軸設(shè)定器8,記此時(shí)微分頭10的讀數(shù)為 22，則修盤(pán)后試件15表面修盤(pán)區(qū)域與對(duì)刀 儀的對(duì)刀平面的高度差h〇 = Z1-Z2;換裝工具頭14,同上觸碰Z軸設(shè)定器8,并控制微分頭10上 移ho+δ即可保證工具頭14頂端磨粒位于試件15圓環(huán)形修盤(pán)區(qū)域平面上δ處，完成對(duì)刀；
[0059] 4)通過(guò)X向直線電機(jī)9將工具頭14水平移至修盤(pán)區(qū)域的劃擦點(diǎn)正上方，并通過(guò)微分 頭10下移δ+辦以使劃擦深度為 ap;根據(jù)需測(cè)試的劃擦速度V和劃擦點(diǎn)所在的劃擦半徑R，通過(guò) = ^^汁算試件15的設(shè)定轉(zhuǎn)速η;試件15按照設(shè)定轉(zhuǎn)速η轉(zhuǎn)動(dòng)，且工具頭14通過(guò)X向直線 電機(jī)9沿試件15徑向進(jìn)給，以使磨粒在修盤(pán)區(qū)域劃擦形成螺旋形劃痕，此過(guò)程中通過(guò)與工具 頭14相連的測(cè)量系統(tǒng)采集劃擦過(guò)程中的數(shù)據(jù)。
[0060] 以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例而已，故不能依此限定本實(shí)用新型實(shí)施的 范圍，即依本實(shí)用新型專(zhuān)利范圍及說(shuō)明書(shū)內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本實(shí)用新 型涵蓋的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種單顆磨粒連續(xù)劃擦試驗(yàn)機(jī)，其特征在于:包括： 固定座； 水平布置的工作臺(tái)，固接在固定座頂部； 垂直布置的電主軸，固接在固定座，且電主軸向上穿出工作臺(tái)； 試件，固接在電主軸頂部且與電主軸同軸，通過(guò)電主軸帶動(dòng)試件旋轉(zhuǎn)； X向進(jìn)給裝置，裝接在工作臺(tái)，且進(jìn)給方向垂直于電主軸回轉(zhuǎn)軸線并沿試件徑向進(jìn)給； 夾緊裝置，裝接在X向進(jìn)給裝置，包括夾具體與刀桿;該夾具體內(nèi)設(shè)有上下貫通的圓孔， 該圓孔下部開(kāi)口處向內(nèi)縮口形成臺(tái)階結(jié)構(gòu)；刀桿適配滑動(dòng)裝接在圓孔內(nèi)且可在圓孔內(nèi)上下 移動(dòng)，刀桿上部具有凸環(huán)結(jié)構(gòu)，凸環(huán)結(jié)構(gòu)與臺(tái)階結(jié)構(gòu)之間還設(shè)有用于使刀桿向上復(fù)位的彈 性件;刀桿下部伸出下夾具體； 工具頭，可裝拆地裝接在刀桿下部;工具頭頂端固接有磨粒； 用于使工具頭沿平行于電主軸回轉(zhuǎn)軸線方向進(jìn)給的微分頭，固接在夾具體;微分頭的 心軸向下伸入圓孔內(nèi)且可分離地頂?shù)衷诘稐U上;通過(guò)微分頭旋轉(zhuǎn)且心軸向下頂?shù)值稐U以使 刀桿向下移動(dòng)，通過(guò)微分頭旋轉(zhuǎn)且心軸向上與刀桿分離且彈性件復(fù)原以使刀桿向上復(fù)位； 用于對(duì)試件表面進(jìn)行修盤(pán)的修盤(pán)裝置，與工具頭及刀桿替換裝拆裝接在夾緊裝置； 用于采集劃擦過(guò)程數(shù)據(jù)的測(cè)量系統(tǒng)，與工具頭相連； 對(duì)刀儀，固接在工作臺(tái)，該對(duì)刀儀上設(shè)有用于調(diào)節(jié)對(duì)刀儀的Z軸設(shè)定器； 通過(guò)修盤(pán)裝置對(duì)試件表面修盤(pán)后，電主軸帶動(dòng)試件旋轉(zhuǎn)，通過(guò)微分頭和X向進(jìn)給裝置帶 動(dòng)工具頭以一定切深沿試件徑向進(jìn)給，磨粒在試件表面劃擦形成螺旋形劃痕，測(cè)量系統(tǒng)在 此過(guò)程中采集數(shù)據(jù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單顆磨粒連續(xù)劃擦試驗(yàn)機(jī)，其特征在于:所述固定座包括 上下固接的床身與底座;所述工作臺(tái)固接在床身頂部;所述電主軸固接在床身； 所述工作臺(tái)與固定座之間設(shè)有一能調(diào)平和支撐工作臺(tái)的調(diào)整裝置； 所述工作臺(tái)上固接有支撐架，該支撐架包括對(duì)稱(chēng)設(shè)置的長(zhǎng)度不等的兩個(gè)支撐臂，較短 的支撐臂與工作臺(tái)之間設(shè)有一能調(diào)整較短支撐臂高度的微調(diào)裝置;所述X向進(jìn)給裝置固定 在該兩個(gè)支撐臂頂部;通過(guò)微調(diào)裝置調(diào)整較短支撐臂高度以調(diào)節(jié)X向進(jìn)給裝置進(jìn)給方向；所 述微調(diào)裝置的最小位移分辨率優(yōu)于I Onm。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單顆磨粒連續(xù)劃擦試驗(yàn)機(jī)，其特征在于:所述電主軸旋轉(zhuǎn) 的端面跳動(dòng)量和徑向跳動(dòng)量均小于Ιμπι，且其最大轉(zhuǎn)速不低于5000rpm。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單顆磨粒連續(xù)劃擦試驗(yàn)機(jī)，其特征在于:所述試件為有色 金屬、黑色金屬或脆硬材料制成的圓盤(pán)狀結(jié)構(gòu);試件通過(guò)試件夾具固接在電主軸頂部;所述 試件夾具為真空吸盤(pán)、磁吸盤(pán)或機(jī)械式夾具;電主軸、試件夾具與試件三者同軸。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單顆磨粒連續(xù)劃擦試驗(yàn)機(jī)，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;磨粒的形狀為球形、錐形;該磨粒通過(guò)壓頭、釬焊、電鍍 固接在工具頭頂端。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單顆磨粒連續(xù)劃擦試驗(yàn)機(jī)，其特征在于:所述X向進(jìn)給裝 置的進(jìn)位精度優(yōu)于〇 . Iym;微分頭的最小分度值不大于0.5μηι; Z軸設(shè)定器的定位精度優(yōu)于 0.lum〇7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單顆磨粒連續(xù)劃擦試驗(yàn)機(jī)，其特征在于:所述測(cè)量系統(tǒng)為 測(cè)力儀與聲發(fā)射系統(tǒng)，包括相互信號(hào)連接的測(cè)力儀、聲發(fā)射系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集卡和信號(hào)放大 器;所述工具頭與測(cè)力儀和聲發(fā)射系統(tǒng)相連接;所述測(cè)力儀的固有頻率高于4KHz，測(cè)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。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單顆磨粒連續(xù)劃擦試驗(yàn)機(jī)，其特征在于:所述夾具體包括 上夾具體和下夾具體;上夾具體與下夾具體上下裝接在一起，且二者內(nèi)設(shè)有上下貫通且相 互連通的所述圓孔。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單顆磨粒連續(xù)劃擦試驗(yàn)機(jī)，其特征在于：所述修盤(pán)裝置 包括裝接在一起的修盤(pán)刀具和修盤(pán)刀桿，修盤(pán)刀桿適配滑動(dòng)裝接在夾緊裝置之圓孔內(nèi)且可 在圓孔內(nèi)上下移動(dòng);修盤(pán)刀具固接在修盤(pán)刀桿下端； 或， 所述修盤(pán)裝置包括裝接在一起的動(dòng)力頭和單點(diǎn)磨頭。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種單顆磨粒連續(xù)劃擦試驗(yàn)機(jī)，其特征在于:所述修盤(pán)刀具 為金剛石車(chē)刀、CBN車(chē)刀。
【文檔編號(hào)】G01N15/10GK205538587SQ201620112060
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年2月4日
【發(fā)明人】石巖, 姜峰, 張濤, 言蘭
【申請(qǐng)人】華僑大學(xué)