CN105717043B - 一种球形磨头预修黑色金属试件的单颗磨粒连续划擦干涉行为测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种球形磨头预修黑色金属试件的单颗磨粒连续划擦干涉行为测试方法，属于机械加工中的材料性能测试及精密与超精密加工领域，通过将黑色金属试件固定在电主轴上，对该试件进行在线动平衡；然后采用球形磨头对该试件进行修盘，达到测试所需的端面跳动以及粗糙度要求；随后换装顶端固接有单颗磨粒的工具头，并在更换过程中进行对刀；最后进入划擦测试，试件以指定转速旋转，工具头以指定切深径向进给，在试件端面形成干涉螺旋形划痕，测量系统在此过程中采集划擦力、声发射信号等物理量。本发明能够模拟高速磨削过程磨粒间的干涉行为。相关测试结果可用于磨削机理的深入研究以及磨削参数的优化。

Description

一种球形磨头预修黑色金属试件的单颗磨粒连续划擦干涉行 为测试方法

技术领域

本发明属于机械加工中的材料性能测试及精密与超精密加工领域，具体涉及一种球形磨头预修黑色金属试件的单颗磨粒连续划擦干涉行为测试方法。

背景技术

磨削过程可以看作是磨具表面大量排列参差不齐，分布不规则的形状各异的磨粒共同完成的切削过程。在科学研究中，常把复杂现象抽象成一种简化的模式，来探讨一些本质的问题。构成砂轮的细小磨粒的切削作用是磨削加工的基础，单颗磨粒切削作为磨削加工的基本模式，成为认识复杂磨削作用的一种重要手段。实际磨削过程中，砂轮等磨具上的磨粒在已加工表面的同一位置上发生干涉，使磨粒去除材料的形式复杂化，因此磨粒加工中已加工表面的形成往往是同一位置上多颗磨粒切削、耕犁或划擦作用的结果，因此研究多颗磨粒在表面上的干涉作用对分析磨削过程中的力、温度、材料的成屑机理以及工件加工表面质量具有重要的指导意义。

许多学者在单颗磨粒划擦实验上做了大量的工作，发展了相关的试验方法及其装置，但是由于试验手段和试验装置的欠缺，都没有考虑多颗磨粒相互干涉的影响，多颗磨粒相互干涉的研究还大多停留在仿真阶段，如利用布尔运算仿真磨粒干涉过程的材料去除，或利用数值仿真方法对多颗磨粒的干涉过程进行建模分析。也有少量研究多颗磨粒相互干涉影响的装置，如将多颗磨粒以一定的相对角度和径向间距排列，划擦的时候产生干涉的效果，但是多颗磨粒在径向间距上的排列误差较大(分辨率10μm)，因此多颗磨粒发生干涉时，实际干涉量的控制精度不高于10μm，因此只能进行一些大尺寸(大于100μm)磨粒的干涉测试，同时设备结构复杂，调整过程很大程度上依赖于操作者的经验，没有实现自动化调整及位置反馈控制，因而难以实现高精度的干涉行为测试。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种球形磨头预修黑色金属试件的单颗磨粒连续划擦干涉行为测试方法，结合超精密加工修盘和精密运动反馈控制，利用单颗磨粒即可做出多颗磨粒的划擦干涉行为，设备结构简单，磨粒干涉量的控制精度高；相关测试结果可以用于磨削加工机理和磨削表面形成过程的深入研究，从而优化磨削加工参数，提高产品质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种球形磨头预修黑色金属试件的单颗磨粒连续划擦干涉行为测试方法，包括：

1)将黑色金属试件固定在电主轴上，试件可通过电主轴旋转；对该试件进行在线动平衡；

2)采用球形磨头对该试件进行修盘，以在试件表面形成端面跳动量优于IT1级，表面平均粗糙度Ra优于10nm的修盘区域，具体步骤如下：

2-1)球形磨头粗加工修盘：修盘的同时对球形磨头和试件进行冷却，修盘时试件的转速范围为3000～10000rpm，球形磨头以8000～20000rpm的转速自转，同时从试件外侧以10～50μm的切深沿试件径向进给，进给速度范围为0.4～1.2mm/s，进给距离为试件直径的1/4～1/2；

2-2)球形磨头精加工修盘：修盘的同时对球形磨头和试件进行冷却，修盘时试件的转速范围为3000～10000rpm，球形磨头以8000～20000rpm的转速自转，同时从试件外侧以2～10μm的切深沿试件径向进给，进给速度范围为0.1～0.3mm/s，进给距离为试件直径的1/4～1/2；

3)球形磨头触碰对刀仪，确定修盘区域与对刀仪对刀平面的高度差h₀；将球形磨头更换为顶端固接有单颗磨粒的工具头，工具头顶端的磨粒触碰对刀仪，再将工具头沿试件旋转的轴向方向上移h₀+δ，以使工具头顶端的磨粒位于试件修盘区域上方δ处，完成对刀；

4)将工具头水平移至修盘区域的划擦点正上方，并下移δ+a_p以使划擦深度为a_p；根据需测试的划擦速度v和划擦点所在的划擦半径R，通过计算试件的设定转速n；根据需测试的干涉比率ρ，单颗磨粒的圆弧半径r，划擦深度a_p，通过计算工具头的径向进给速度s；试件按照设定转速n转动，且工具头按照径向进给速度s和划擦深度a_p沿试件径向进给，以使磨粒在修盘区域划擦形成预定干涉程度的划痕；划擦的同时对工具头和试件进行冷却；此过程中通过与工具头相连的测量系统采集划擦过程中的数据。

一实施例中：所述步骤4)中，工具头按照径向进给速度s和划擦深度a_p沿试件径向进给的同时沿试件旋转轴线方向进给。

一实施例中：所述磨粒为CBN、氧化物陶瓷或氮化物陶瓷，磨粒形状为球形、圆锥形或多棱锥形；该磨粒通过机械夹持、电镀或钎焊固接在工具头顶端；所述工具头为压头。

一实施例中：所述试件为圆盘形；所述修盘时，球形磨头的进给距离小于试件半径，修盘区域为圆环形。

一实施例中：所述测量系统为测力和声发射系统，包括相互信号连接的测力仪、声发射系统、数据采集卡和信号放大器；所述工具头与测力仪和声发射系统相连接。

一实施例中：所述测力仪的固有频率高于4KHz，测力精度优于0.01N；所述数据采集卡的采样速度高于2M/s。

一实施例中：所述工具头在沿试件旋转的轴向方向和径向方向的定位精度均优于0.1μm，该定位精度通过位移传感器及相应的位置反馈系统配合控制。

一实施例中：所述对刀仪的定位精度优于0.1μm。

一实施例中：所述的划痕为连续螺旋形划痕，划痕圈数大于3个。

一实施例中：所述工具头轴线平行于试件旋转轴线；所述球形磨头轴线平行于试件旋转轴线；修盘时试件的旋转方向与球形磨头的旋转方向相同或相反。

除有说明外，本发明所涉及的各装置的单一处理过程以及各装置间的连接方式均为本领域常规技术，在此不加以详细描述。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

1.本发明所公开的单颗磨粒划擦干涉行为的高精度测试方法，利用单颗磨粒即可做出多颗磨粒的划擦干涉行为，可用于研究单颗磨粒在不同划擦深度、不同干涉程度、不同划擦速度下干涉行为，由于是连续划擦可以准确稳定的采集到划擦力信号；设备结构简单，磨粒干涉量的控制精度高；相关测试结果可以用于磨削加工机理和磨削表面形成过程的深入研究，从而优化磨削加工参数，提高产品质量。

2.本发明对主轴-试件系统进行在线动平衡，避免了高速旋转过程中的大幅端面跳动或径向跳动，从而保持磨粒和试件间的稳定接触状态；同时，利用球形磨头对试件进行在线加工，同时提高了试件的形状精度和表面光洁度，提升了试件回转精度和磨粒运动精度，从而保证了磨粒和试件间的相对运动精度，配合动平衡，进一步保证了磨粒和试件之间在较长划擦距离上能够持续稳定接触，从而实现磨粒的高速高精度划擦测试。

3.按照本领域的常识，试件的已加工表面质量必须优于相关磨削工艺得到的表面质量，最好高出一个数量级，得到的划痕测试结果才能用于磨削过程去除机理的分析；由于本发明大大提升了试件表面的质量，因此能够满足磨削过程去除机理等高精度分析的要求，可用于摩擦磨损过程及磨削加工中材料去除机理的研究。

4.磨粒划擦深度大于试件表面起伏程度的5倍以上才能保证划擦的稳定性，由于本发明大大提升了试件表面的质量，试件表面精度和光洁度好，即使是小粒度的磨粒也能实现稳定高精度划擦，因此可以用于小粒度磨粒的单颗磨粒划擦测试，进一步拓展了本发明的应用范围，也是对本行业单颗磨粒划擦试验技术的极大促进。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的测试方法原理示意图。

图2为本发明的修盘过程原理示意图。

图3为本发明的干涉行为示意图。

图4为本发明实施例中修盘前后试件表面三维形貌的对比，其中图4a为修盘前(经常规平面精磨工艺加工)，图4b为修盘后。

图5为本发明实施例中修盘前后试件表面端面跳动量的对比，其中图5a为修盘前(经常规平面精磨工艺加工)，其端面跳动量最大值可达16μm；图5b为修盘后，其端面跳动量最大值为8.9μm。

图6为本发明实施例1中在不同干涉比率ρ下对切削力的影响示意图，图中v_s即为工具头径向进给速度s，其中图6a为法向力随干涉比率ρ变化趋势示意图，图6b为切向力随干涉比率ρ变化趋势示意图。

图7为本发明实施例2中磨粒干涉划痕的三维形貌图。

图8为本发明实施例2中磨粒干涉划痕的二维形貌图。

图9为本发明对比例中修盘区域和未修盘区域的单颗磨粒连续划擦测试结果示意图。

附图标记：试件1，工具头2，修盘区域3，对刀仪4，球形磨头5。

具体实施方式

下面通过实施例具体说明本发明的内容：

实施例1

一种球形磨头预修黑色金属试件的单颗磨粒连续划擦干涉行为测试方法，所采用的装置包括：

机床，圆盘形黑色金属试件1装接在机床的电主轴上，且试件1可通过电主轴旋转；

动平衡仪，用于对试件1进行在线动平衡；

球形磨头5，用于对试件1端面进行修盘；该球形磨头5可装拆地装接在支架，并通过支架可移动地装接在机床；球形磨头5轴线平行于试件1旋转轴线；

工具头2，用于进行划擦测试；该工具头2顶端固接有单颗的磨粒；该工具头2可与球形磨头相替换装拆地装接在支架，并通过支架可移动地装接在机床；工具头2轴线平行于试件1旋转轴线，工具头2可以在试件1旋转的轴向方向和径向方向上移动，且在两个方向的定位精度均优于0.1μm，该定位精度由光栅尺及其相应的位置反馈系统配合控制来保证；

对刀仪4，用于对球形磨头和工具头2进行对刀，定位精度优于0.1μm；装接在机床，并与试件1间的相对位置保持固定；

测量系统，为测力和声发射系统，包括相互信号连接的测力仪、声发射系统、数据采集卡和信号放大器；该工具头2与测力仪和声发射系统相连接；数据采集卡信号连接计算机；测力仪的固有频率高于4KHz，测力精度优于0.01N；数据采集卡的采样速度高于2M/s；

冷风机：用于对修盘过程中的球形磨头和试件，以及划擦过程中的工具头和试件进行吹风冷却。

具体测试方法如下：

1)将直径300mm的45钢圆盘形试件1通过磁力吸盘或机械夹具装夹在机床的电主轴上，试件1可通过电主轴旋转；用动平衡仪对该试件1进行在线动平衡，以减少试件1在高速旋转时的振动，从而保证划擦过程中磨粒和试件1能稳定地接触；

2)采用球形磨头5对该试件1进行修盘，先进行粗加工，再进行精加工，以在试件1表面形成端面跳动量8.9μm，表面平均粗糙度Ra 5.25nm的圆环形修盘区域3，以降低试件1端面跳动量，提高表面质量，进一步保证划擦过程中磨粒和试件1能稳定地接触，具体步骤如下：

2-1)球形磨头粗加工修盘：修盘的同时开启冷风机，使冷风对准球形磨头5和试件1进行冷却，修盘时试件1的转速为3000rpm，球形磨头5以10000rpm的转速自转，同时从试件1外侧以10μm的切深沿试件径向进给，进给速度范围为0.4～1.2mm/s，进给距离为90mm；

2-2)球形磨头精加工修盘：修盘的同时开启冷风机，使冷风对准球形磨头5和试件1进行冷却，修盘时试件1的转速为3000rpm，球形磨头5以10000rpm的转速自转，同时从试件1外侧以2μm的切深沿试件径向进给，进给速度范围为0.1～0.3mm/s，进给距离为90mm；

修盘前后试件1表面三维形貌和端面跳动量的对比分别见图4和图5；

3)球形磨头5触碰对刀仪4，确定修盘区域3与对刀仪4对刀平面的高度差h₀；将球形磨头5从支架上取下，更换为顶端电镀固接有半径0.2mm的球形磨粒的工具头2，工具头2顶端逐渐靠近对刀仪4，当测量系统数据产生突变时表示工具头2顶端的磨粒刚好触碰对刀仪4对刀平面，再将工具头2沿试件旋转的轴向方向上移h₀+δ，以使工具头2顶端的磨粒位于试件1修盘区域3上方δ处，完成对刀，从而保证后续测试时能够准确控制划擦深度；

4)计算各项测试参数：

根据需测试的划擦速度v(m/s)和划擦点所在的划擦半径R(mm)，通过计算试件1的设定转速n；

本实施例之中，所需测试的划擦速度v取30～60m/s，圆环形修盘区域的半径范围为60～150mm，在该修盘区域内进行划擦测试的半径范围也设为60～150mm，以此划擦速度和半径范围计算试件的转速范围并取一个适当的中间值4000rpm作为转速n；在此条件下，30m/s的划擦速度对应的划擦半径R为71.6mm，60m/s的划擦速度对应的划擦半径R为143.2mm；

干涉程度一般用干涉比率ρ(mm/r²)表征，干涉比率的定义为：

其中，s(mm/r)为工具头每转沿试件径向的进给量，用于表征工具头的径向进给速度；L(mm)为划擦宽度；r(mm)为单颗磨粒的圆弧半径，圆弧半径为磨粒的二维截面的圆弧的半径，当磨粒为球形时圆弧半径与磨粒半径相等；a_p(mm)为划擦深度；

根据需测试的干涉比率ρ，单颗磨粒的圆弧半径r和划擦深度a_p，利用上述干涉比率的定义公式，通过计算得到工具头的径向进给速度s；

本实施例之中，所需测试的干涉比率ρ分别设为20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％；单颗球形磨粒的圆弧半径r为0.2mm；划擦深度a_p分别设为30μm、70μm，分别计算相应的s值。

根据需要，在划擦过程中，可以调整工具头使其在试件1旋转的轴线方向上进给，使划擦深度a_p发生变化，相邻两圈划痕的划擦深度a_p之差计为h，从而可以研究单颗磨粒在不同划擦深度下的干涉行为；本实施例中，h＝0。

将工具头2水平移至修盘区域3的设定划擦点正上方，并下移δ+a_p以达到设定划擦深度a_p；开启冷风机，使冷风对准工具头和试件进行冷却；试件1按照上述设定转速n＝4000rpm转动，且工具头2按照设定的径向进给速度s和划擦深度a_p沿试件1径向进给，结合试件1的转动，以使磨粒在修盘区域3划擦形成干涉比率为ρ的连续螺旋形划痕，划痕圈数大于3个；划擦过程中通过与工具头2相连的测力仪和声发射系统采集划擦过程中的数据，并通过信号放大器传输至数据采集卡，再传输至计算机进行计算，可得到划擦力、声发射信号等物理量，用于研究上述各种条件下的干涉行为。

采用上述方法得到的不同干涉比率ρ下对切削力的影响如图6所示。

实施例2

1)将直径140mm的45钢圆盘形试件1通过磁力吸盘或机械夹具装夹在机床的电主轴上，试件1可通过电主轴旋转；用动平衡仪对该试件1进行在线动平衡，以减少试件1在高速旋转时的振动，从而保证划擦过程中磨粒和试件1能稳定地接触；

2)采用球形磨头5对该试件1进行修盘，先进行粗加工，再进行精加工，以在试件1表面形成端面跳动量8.9μm，表面平均粗糙度Ra 5.25nm的圆环形修盘区域3，以降低试件1端面跳动量，提高表面质量，进一步保证划擦过程中磨粒和试件1能稳定地接触，具体步骤如下：

2-1)球形磨头粗加工修盘：修盘的同时开启冷风机，使冷风对准球形磨头5和试件1进行冷却，修盘时试件1的转速为3000rpm，球形磨头5以10000rpm的转速自转，同时从试件1外侧以10μm的切深沿试件径向进给，进给速度范围为0.4～1.2mm/s，进给距离为40mm；

2-2)球形磨头精加工修盘：修盘的同时开启冷风机，使冷风对准球形磨头5和试件1进行冷却，修盘时试件1的转速为3000rpm，球形磨头5以10000rpm的转速自转，同时从试件1外侧以2μm的切深沿试件径向进给，进给速度范围为0.1～0.3mm/s，进给距离为40mm；

3)球形磨头5触碰对刀仪4，确定修盘区域3与对刀仪4对刀平面的高度差h₀；将球形磨头5从支架上取下，更换为顶端电镀固接有半径0.2mm的球形磨粒的工具头2，工具头2顶端逐渐靠近对刀仪4，当测量系统数据产生突变时表示工具头2顶端的磨粒刚好触碰对刀仪4对刀平面，再将工具头2沿试件旋转的轴向方向上移h₀+δ，以使工具头2顶端的磨粒位于试件1修盘区域3上方δ处，完成对刀，从而保证后续测试时能够准确控制划擦深度；

4)计算各项测试参数：

根据需测试的划擦速度v(m/s)和划擦点所在的划擦半径R(mm)，通过计算试件1的设定转速n；

本实施例之中，所需测试的划擦速度v取10～20m/s，圆环形修盘区域的半径范围为30～70mm，在该修盘区域内进行划擦测试的半径范围也设为30～70mm，以此划擦速度和半径范围计算试件的转速范围并取一个适当的中间值3000rpm作为转速n；在此条件下，10m/s的划擦速度对应的划擦半径R为31.8mm，20m/s的划擦速度对应的划擦半径R为63.6mm；

根据需测试的干涉比率ρ，单颗磨粒的圆弧半径r和划擦深度a_p，利用上述干涉比率的定义公式，通过计算得到工具头的径向进给速度s；

本实施例之中，所需测试的干涉比率ρ分别设为20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％；单颗球形磨粒的圆弧半径r为0.2mm；划擦深度a_p分别设为30μm、70μm，分别计算相应的s值；工具头在以s径向进给的同时以一定的速度沿试件旋转的轴线方向向下进给，以使相邻两圈划痕的划擦深度a_p之差h分别为0μm、-10μm、10μm、10μm。

将工具头2水平移至修盘区域3的设定划擦点正上方，并下移δ+a_p以达到设定划擦深度a_p；开启冷风机，使冷风对准工具头和试件进行冷却；试件1按照上述设定转速n＝3000rpm转动，且工具头2按照设定的径向进给速度s和划擦深度a_p沿试件1径向进给，同时以一定的速度轴向进给，结合试件1的转动，以使磨粒在修盘区域3划擦形成干涉比率为ρ的连续螺旋形划痕，划痕圈数大于3个，且相邻两圈划痕的划擦深度a_p之差h分别为0μm、-10μm、10μm、10μm；划擦过程中通过与工具头2相连的测力仪和声发射系统采集划擦过程中的数据，并通过信号放大器传输至数据采集卡，再传输至计算机进行计算，可得到划擦力、声发射信号等物理量，用于研究上述各种条件下的干涉行为。

采用上述方法得到的磨粒干涉划痕的三维形貌和二维形貌分别如图7和图8所示。

本发明实施例中，为便于描述，单颗磨粒均为球形，但并不以此为限，磨粒形状还可以为圆锥形或多棱锥形等，锥形磨粒的圆弧半径r即为锥形磨粒的圆头半径，市面上可购买到圆头半径在50μm～1mm不等的锥形磨粒；磨粒可以为CBN(立方氮化硼)、氧化物陶瓷或氮化物陶瓷；磨粒形状还可以为球形或多棱锥形；该磨粒通过机械夹持、电镀或钎焊固接在工具头顶端；所述工具头可以为压头或其他的固结磨粒形式。

根据需要，修盘的参数在如下范围内调整并进行一次或多次修盘，可在试件表面形成端面跳动量优于IT1级，表面平均粗糙度Ra优于10nm的修盘区域：

2-1)球形磨头粗加工修盘：修盘的同时对球形磨头和试件进行冷却，修盘时试件的转速范围为3000～10000rpm，球形磨头以8000～20000rpm的转速自转，同时从试件外侧以10～50μm的切深沿试件径向进给，进给速度范围为0.4～1.2mm/s，进给距离为试件直径的1/4～1/2；修盘时试件的旋转方向与球形磨头的旋转方向可以相同也可以相反，相反可以增加相对运动速度，提高加工质量；

2-2)球形磨头精加工修盘：修盘的同时对球形磨头和试件进行冷却，修盘时试件的转速范围为3000～10000rpm，球形磨头以8000～20000rpm的转速自转，同时从试件外侧以2～10μm的切深沿试件径向进给，进给速度范围为0.1～0.3mm/s，进给距离为试件直径的1/4～1/2；修盘时试件的旋转方向与球形磨头的旋转方向可以相同也可以相反，相反可以增加相对运动速度，提高加工质量。

对比例

需要说明的是，本对比例中的测试条件设置为相邻划痕间不发生干涉，以便于对比观察划痕形态、划擦效果的区别，但本对比例仍然可以反映采用本发明的测试方法可以实现高速高精度的干涉行为测试。

取黑色金属试件，经常规平面精磨工艺加工后，将试件表面分为两个区域，其中一个区域按照本发明的修盘步骤进行修盘，使其表面质量达到端面跳动量优于IT1级，表面平均粗糙度Ra优于10nm，记为修盘区域；另一区域不进行修盘，记为未修盘区域。

将上述试件采用本发明的测试方法进行单颗磨粒连续划擦，在相同测试参数下在修盘区域和未修盘区域上形成划痕，划痕深度很小，可达到微米级，其对比结果如图9所示，可以看出，在划痕深度很小的情况下，修盘区域的划痕形成连贯的螺旋形，呈均匀间隔分布，检测其深度方向误差小于1μm/1mm，表明磨粒和试件在修盘区域内的较长划擦距离上均能持续稳定接触，从而可以用于磨粒的高速高精度划擦干涉行为测试；而未修盘区域的划痕不能形成连贯螺旋形，划痕间隔不一，划痕深浅、划痕宽度均具有肉眼可见的差异性，表明磨粒和试件之间无法持续稳定接触，更无法用于磨粒的高速高精度划擦干涉行为测试。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种球形磨头预修黑色金属试件的单颗磨粒连续划擦干涉行为测试方法，其特征在于：包括：

1)将黑色金属试件固定在电主轴上，试件可通过电主轴旋转；对该试件进行在线动平衡；

2)采用球形磨头对该试件进行修盘，以在试件表面形成端面跳动量优于IT1级，表面平均粗糙度Ra优于10nm的修盘区域，具体步骤如下：

2-1)球形磨头粗加工修盘：修盘的同时对球形磨头和试件进行冷却，修盘时试件的转速范围为3000～10000rpm，球形磨头以8000～20000rpm的转速自转，同时从试件外侧以10～50μm的切深沿试件径向进给，进给速度范围为0.4～1.2mm/s，进给距离为试件直径的1/4～1/2；

2-2)球形磨头精加工修盘：修盘的同时对球形磨头和试件进行冷却，修盘时试件的转速范围为3000～10000rpm，球形磨头以8000～20000rpm的转速自转，同时从试件外侧以2～10μm的切深沿试件径向进给，进给速度范围为0.1～0.3mm/s，进给距离为试件直径的1/4～1/2；

3)球形磨头触碰对刀仪，确定修盘区域与对刀仪对刀平面的高度差h₀；将球形磨头更换为顶端固接有单颗磨粒的工具头，工具头顶端的磨粒触碰对刀仪，再将工具头沿试件旋转的轴向方向上移h₀+δ，以使工具头顶端的磨粒位于试件修盘区域上方δ处，完成对刀；

4)将工具头水平移至修盘区域的划擦点正上方，并下移δ+a_p以使划擦深度为a_p；根据需测试的划擦速度v和划擦点所在的划擦半径R，通过计算试件的设定转速n；根据需测试的干涉比率ρ，单颗磨粒的圆弧半径r，划擦深度a_p，通过计算工具头的径向进给速度s；试件按照设定转速n转动，且工具头按照径向进给速度s和划擦深度a_p沿试件径向进给，以使磨粒在修盘区域划擦形成预定干涉程度的划痕；划擦的同时对工具头和试件进行冷却；此过程中通过与工具头相连的测量系统采集划擦过程中的数据。

2.根据权利要求1所述的一种球形磨头预修黑色金属试件的单颗磨粒连续划擦干涉行为测试方法，其特征在于：所述步骤4)中，工具头按照径向进给速度s和划擦深度a_p沿试件径向进给的同时沿试件旋转轴线方向进给。

3.根据权利要求1所述的一种球形磨头预修黑色金属试件的单颗磨粒连续划擦干涉行为测试方法，其特征在于：所述磨粒为CBN、氧化物陶瓷或氮化物陶瓷，磨粒形状为球形、圆锥形或多棱锥形；该磨粒通过机械夹持、电镀或钎焊固接在工具头顶端；所述工具头为压头。

4.根据权利要求1所述的一种球形磨头预修黑色金属试件的单颗磨粒连续划擦干涉行为测试方法，其特征在于：所述试件为圆盘形；所述修盘时，球形磨头的进给距离小于试件半径，修盘区域为圆环形。

5.根据权利要求1所述的一种球形磨头预修黑色金属试件的单颗磨粒连续划擦干涉行为测试方法，其特征在于：所述测量系统为测力和声发射系统，包括相互信号连接的测力仪、声发射系统、数据采集卡和信号放大器；所述工具头与测力仪和声发射系统相连接。

6.根据权利要求5所述的一种球形磨头预修黑色金属试件的单颗磨粒连续划擦干涉行为测试方法，其特征在于：所述测力仪的固有频率高于4KHz，测力精度优于0.01N；所述数据采集卡的采样速度高于2M/s。

7.根据权利要求1所述的一种球形磨头预修黑色金属试件的单颗磨粒连续划擦干涉行为测试方法，其特征在于：所述工具头在沿试件旋转的轴向方向和径向方向的定位精度均优于0.1μm，该定位精度通过位移传感器及相应的位置反馈系统配合控制。

8.根据权利要求1所述的一种球形磨头预修黑色金属试件的单颗磨粒连续划擦干涉行为测试方法，其特征在于：所述对刀仪的定位精度优于0.1μm。

9.根据权利要求1所述的一种球形磨头预修黑色金属试件的单颗磨粒连续划擦干涉行为测试方法，其特征在于：所述的划痕为连续螺旋形划痕，划痕圈数大于3个。

10.根据权利要求1所述的一种球形磨头预修黑色金属试件的单颗磨粒连续划擦干涉行为测试方法，其特征在于：所述工具头轴线平行于试件旋转轴线；所述球形磨头轴线平行于试件旋转轴线；修盘时试件的旋转方向与球形磨头的旋转方向相同或相反。