一种可控制高精度磨削机理研究实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种可控制高精度磨削机理研究实验装置，该实验装置包括以下特征：基体上的结构互差120°分布；上T形滑块和下T形滑块相对设置于基体的滑槽中；金刚石工具与下T形滑块精密间隙配合；圆口夹具放置于基体上，毗邻上T形滑块；轴向螺旋测微仪（分辨率为1μm）放置于上T形滑块上，与圆口夹具相互配合；三个径向螺旋测微仪（分辨率为10μm）互差120°分布在基体上；基于该装置可控制、高精度等特性，提出了单颗磨粒、双颗磨粒及多颗磨粒多角度全方位研究磨削机理的新思路，尤其是研究相邻磨粒与磨粒之间不同的轴向间距与径向间距对表面形成机理和材料去除机理的影响规律。本发明专利技术结构简单，操作方便，研究方法新颖独特，实用性较强，测试精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种可控制高精度磨削机理研究实验装置
本专利技术涉及一种材料测试技术和机械工程精密加工领域的可控制高精度磨削机理研究实验装置和研究方法，尤其涉及的是磨削加工中砂轮线速度大于30m/S时相邻磨粒与磨粒之间的干涉作用对难加工材料精密/超精密表面形成机理和材料去除机理研究的实验装置和方法。
技术介绍
随着科学技术和工业生产的发展，对机械产品及其零部件使用性能的要求越来越高，如要求材料的比强度高、耐高温、耐腐蚀、低应变及表面/亚表面低损伤甚至无损伤等。为此，出现了许多新型难加工材料，如新型结构陶瓷、功能陶瓷、现代光学材料、光学晶体及单晶硅片等。由于这些难加工材料具有一系列优良的机械物理性能，所以它在激光技术、光通讯、光电子、航空航天航海及国防工业领域中均得到了广泛应用。然而，这些难加工材料在磨削加工时往往易产生磨削力大、磨削温度高、砂轮易磨损、磨削比较低、表面完整性差等缺陷。如果精密加工的零件在磨削加工后存在表面划伤、表面粗糙等有害的加工痕迹和较大的表面/亚表面损伤、大的残余拉应力或压应力、表面硬化及污染层、晶格畸变层等缺陷，势必会造成高性能要求的精密零件疲劳寿命降低乃至灾难性的后果。其中，是否深入理解难加工材料的磨削机理及是否合理选择了磨削工艺参数都将会对磨削加工后零件的表面完整性产生至关重要的影响，表面形成机理和材料去除机理是由材料特性、磨料几何形状、磨料切入运动及作用在工件和磨粒上的机械及热载荷等因素交互作用决定的，而磨削工艺参数是由砂轮线速度、工作台进给速度及磨削深度等因素综合作用的结果。此外，砂轮是磨削加工过程中的关键执行元件，砂轮的表面状况对已加工表面质量具有重大影响，材料的高效去除、磨削表面的高质量成形以及冷却液的有效供给都要求砂轮表面上的磨粒必须具有合理的切削刃间距、表面等高性及足够的容屑空间，否则，易造成工件加工效率低，加工质量难以保证，表面/亚表面损伤大等不足。磨削机理一直以来都是精密/超精密加工研究中的难点。作为砂轮磨削过程的一种简化模型，单颗磨粒磨削是探讨复杂磨削机理的有效方法。然而，一方面，与砂轮的磨削试验相比，单颗磨粒磨削试验要求试验装置必须具有很高的精度，同时满足高转速条件下的强度要求；另一方面，磨削过程是由大量磨粒同时与被加工材料相互作用并完成材料的去除，在此过程中，由于参与磨削的磨粒数量多、磨粒切削刃形状及位置的随机性大、磨削速度高等多种因素相互影响，仅仅依靠单颗磨粒磨削来研究表面形成机理和材料去除机理是不够的。由于砂轮表面磨粒的分布是杂乱无章的，在磨削过程中磨粒与磨粒之间存在干涉作用，这在一定程度上势必会对表面成形和材料去除造成影响，为了多角度全方位地研究磨削机理，双颗磨粒和多颗磨粒磨削将成为系统研究表面形成机理和材料去除机理必不可少的研究方法。因此，为了提高难加工材料的加工效率、获得较高的磨削加工性及高质量的工件表面完整性，通过金刚石单颗磨粒、双颗磨粒及多颗磨粒磨削试验研究，深入分析磨削参数及磨粒与磨粒之间的干涉作用对表面形成机理和材料去除机理的影响规律是研究难加工材料磨削机理、工艺优化和指导砂轮设计与制造阶段及磨削过程中砂轮修整等的重要途径。目前，进行表面形成机理和材料去除机理研究的成熟设备主要集中于划擦试验装置:如美国MTS公司的生产的NanoIndenter XP划痕仪、美国Hysitron公司生产的TriboIndenter划痕仪、美国NAN0VEA公司生产的SMT划痕仪、英国MML公司生产的NanoTestTM Vantage纳米力学测试系统、印度Ducom公司生产的Model TR-102-M3划痕仪和瑞士 CSM公司生产的Nano Scratch Tester (NST)划痕仪等。这些应用于材料测试领域的专用划擦试验装置具有较高的试验精度和良好的稳定性及实时监测功能，然而，这些划擦试验装置的划擦速度较低，且最大的划擦速度为60mm/min，远远低于磨削加工时的砂轮线速度(通常大于15m/s)，与高速/超高速磨削情况下的砂轮线速度更是无法比拟。因此，在研究工程应用性较强的磨削加工材料磨削机理时，此类划擦试验装置无法准确模拟砂轮磨削加工时工件表面的物理变化过程。此外，虽然国内外学者在实验研究过程中自行设计了一些简单的单颗磨粒磨削装置，而且这些单颗粒磨削装置可以达到磨削时砂轮的线速度，甚至可以模拟高速/超高速磨削，例如:经对现有专利与文献的检索发现，专利申请号:US7302831B2，Moyse Allan H公开了一种Scratch testing device ;专利申请号:201010300985.1，姚振强等人公开了一种光学玻璃测试装置；文献检索号:J.Am.Ceram.Soc.88 (2005) 918-925, G.Subhash等人公开了一种 A new scratch resistance measure for structural ceramics ;文献检索号:J.Am.Ceram.Soc.88 (2005) 918-925, G.Subhash 等人公开了一种 Sensitivity ofscratch resistance to grinding-1nduced damage anisotropy in silicon nitride ；日本熊本大学T.Matsuo等设计了单颗磨粒微观切削与划擦试验装置，采用粒度为14/20#的CBN和金刚石磨粒对钢和氧化铝进行了微观切削和划擦试验；Y.0hbuchi采用负前角为-45°、-60°、-75°的CBN和金刚石磨粒分别对S50C钢进行了正交切削试验；法国学者Matthieu等用车刀代替单颗磨粒进行划擦试验,研究磨削过程中材料的塑性变形和去除机理；东京工业大学Zhang Bi等·研究了金刚石的顶锥角分别为85°、108°、128°和65°时单颗金刚石磨粒划擦的方法对氧化招的表面破碎的影响；德国不莱梅大学Ε.Brinksmeier研究了低速条件下单颗磨粒划擦时磨削速度和磨屑厚度对淬火钢磨屑的形成机理的影响；西北工业大学黄奇、任敬心等最早开展了单颗磨粒磨削的试验研究；华侨大学林思煌、徐西鹏开展了单颗金刚石磨粒划擦普通玻璃的表面形貌和磨削力研究……这些公开的专利技术专利和经典的单颗磨粒划擦试验为我们研究单颗磨粒的切削行为提供了富有意义的指导。然而，无论从试验装置还是从研究方法来看都存在一定的局限性:从试验装置来说，一种是金刚石磨粒通过粘接或钎焊的方法与基体固结，另一种是单颗磨粒固定不动，工件装在砂轮盘上并随砂轮一起作回转运动，这两种试验装置中的金刚石磨粒都处于固结状态，不能根据试验所需进行可控的调节，更为重要的是，不能同时安装多颗磨粒；从研究方法来说，通常的单颗粒磨粒划擦试验是基于单颗磨粒切厚等于磨削深度，但是在实际的磨削过程中单颗磨粒切厚远小于实际磨削深度，更为重要的是，这些研究仅仅考虑到了单颗磨粒对表面形成机理和材料去除机理的影响，并不能从根本上解释实际磨削过程中砂轮上双颗磨粒或多颗磨粒之间的干涉作用对表面形成机理和材料去除机理的影响，从理论上分析，双颗磨粒或多颗磨粒之间的干涉作用将会对单颗磨粒最大未变形切削厚度hm产生影响，而单颗磨粒最大未变形切削厚度匕对磨削过程中的磨削力、磨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可控制高精度磨削机理研究的实验装置，包括基体、上T形滑块、下T形滑块、金刚石工具、轴向螺旋测微仪、径向螺旋测微仪、圆口夹具，其中基体与机床主轴连接杆连接，并通过防松平垫圈和六角螺母固定，所述基体的轴线与机床主轴连接杆的轴线高度重合，所述基体上的结构互差120°分布，其上开有通槽，通槽顶面和底面的两侧有对称分布的直线滑轨，用于上T形滑块和下T形滑块的运动；通槽内侧开有用于安装弹簧的盲孔，所述弹簧的另一端与下T形滑块上的凹槽相连接，构成微小的反向预紧力，用于平衡径向螺旋测微仪的作用力；通槽外侧开有用于安装径向螺旋测微仪的螺纹孔和光孔；所述光孔外侧为一平面，用于定位径向螺旋测微仪；所述基体中心孔位置顶部设有凸孔，底部设有阶梯孔；所述基体顶面靠近通槽部分标有刻度，与上T形滑块上的刻度相对应。

【技术特征摘要】
1.一种可控制高精度磨削机理研究的实验装置，包括基体、上T形滑块、下T形滑块、金刚石工具、轴向螺旋测微仪、径向螺旋测微仪、圆口夹具，其中基体与机床主轴连接杆连接，并通过防松平垫圈和六角螺母固定，所述基体的轴线与机床主轴连接杆的轴线高度重合，所述基体上的结构互差120°分布，其上开有通槽，通槽顶面和底面的两侧有对称分布的直线滑轨，用于上T形滑块和下T形滑块的运动；通槽内侧开有用于安装弹簧的盲孔，所述弹簧的另一端与下T形滑块上的凹槽相连接，构成微小的反向预紧力，用于平衡径向螺旋测微仪的作用力；通槽外侧开有用于安装径向螺旋测微仪的螺纹孔和光孔；所述光孔外侧为一平面，用于定位径向螺旋测微仪；所述基体中心孔位置顶部设有凸孔，底部设有阶梯孔；所述基体顶面靠近通槽部分标有刻度，与上T形滑块上的刻度相对应。2.如权利要求1所述的可控制高精度磨削机理研究的实验装置，其特征在于，上T形滑块和下T形滑块相对设置于基体的滑槽中，通过内六角圆柱螺钉连接，其中上T形滑块中心部位开有通孔，用于与轴向螺旋测微仪配合使用；上T形滑块上表面部分标有刻度，与基体顶面上的刻度相对应，构成游标卡尺，金刚石工具在径向位置的调节精度可达12.5μπι ;上T形滑块在基体上的运动可满足平滑移动，无爬行现象产生。3.如权利要求1或2所述的可控制高精度磨削机理研究的实验装置，其特征在于，下T形滑块中心开有阶梯通孔，上阶梯孔用于与轴向螺旋测微仪配合使用，下阶梯孔用于与金刚石工具高精度间隙配合使用；其左侧开有凹槽，用于与弹簧配合使用；其右侧开有螺纹阶梯孔，用于安装紧定螺钉来固定金刚石工具。4.如权利要求1或2所述的可控制高精度磨削机理研究的实验装置，其特征在于，上T形滑块和下T形滑块构...

【专利技术属性】
技术研发人员：金滩，李平，尚振涛，郭宗福，易军，吴耀，谢桂芝，
申请(专利权)人：湖南大学，湖大海捷湖南工程技术研究有限公司，
类型：发明
国别省市：