CN108344684A - 砂轮磨粒结合强度测试装备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了砂轮磨粒结合强度测试装备，单颗磨粒通过钎焊或者电镀的方式固结在工具头上，通过主轴电机带动工具头做圆周旋转运动，通过角度微调装置调整工件划擦表面与Z向平行，测试过程中通过Z向直线运动机构和X向直线运动机构的联动进给，在工件表面划擦出若干个深度逐渐变大的划痕，随着划擦深度的增加，作用在单颗磨粒上的力越来越大，直至单颗磨粒脱落，通过测力仪判断是否脱落，在脱落时通过测力仪获得并记录作用在单颗磨粒的法向力和切向力，采用该切向力和法向力综合评价单颗磨粒的结合强度，采用该测试方式能真实模拟砂轮磨削过程磨粒与工件的相对运动形式以及磨粒与工件之间的相互作用历程，能够较为准确的测得磨削过程中磨粒的结合强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种测试装备，尤其涉及一种砂轮磨粒结合强度测试装备。
背景技术
磨削是机械加工中常用的加工方法之一，磨粒的结合性能是影响磨削质量、磨削效率以及磨具寿命的重要因素。磨粒结合性能较差会降低磨削加工效率，同时会严重影响磨具的寿命。磨削过程看做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。研究单颗磨粒的与基体的结合强度是研究整个砂轮上的磨粒的结合强度的基础。因此有必要开展单颗磨粒的结合强度的相关研究。
检索本技术领域的相关专利发现：
申请号为201410753906.0的申请公开了一种超硬磨粒动态把持力测试系统及方法，该测试方法在实施过程中磨粒相对于工件的运动速度较低，因此无法准确模拟磨削过程中做高速圆周运动的磨粒与工件之间的冲击作用，故不能准确的测试出真实的磨粒把持力；
申请号为201420775529.6的申请所公开的一种超硬磨粒把持力测试系统、申请号为201610642782.8的申请以及申请号为201620850232.0的申请所公开的一种金刚石胎体对金刚石把持力的测试装置及方法在实施过程中均是在准静态条件下进行的，无法模拟磨削过程磨粒与工件之间的冲击作用，同时磨粒与工件的相对运动形式为直线运动，更无法模拟磨粒与工件的之间的相互作用，因此理论上也无法准确的测试出真实的磨粒把持力。
发明内容
本发明提供了砂轮磨粒结合强度测试装备，其克服了背景技术中砂轮磨粒结合强度测试装备所存在的不足。
本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之一是：
砂轮磨粒结合强度测试装备，包括床身(1)、X向直线运动机构(2)、Z向直线运动机构(3)、测力仪(4)、转接板(5)、角度微调装置(6)、夹具(7)、工件(8)、工具头(9)、回转盘(10)和主轴电机(12)；该X向直线运动机构(2)装设在床身(1)和Z向直线运动机构(3)之间以使Z向直线运动机构(3)能沿X向直线运动；该Z向直线运动机构(3)装设在X向直线运动机构(2)和测力仪(4)之间以使测力仪(4)能沿Z向直线运动，该转接板(5)固定在测力仪(4)上；该角度微调装置(6)装设在转接板(5)和夹具(7)之间以使夹具(7)能沿Y轴转动，该工件(8)装夹在该夹具(7)上；该主轴电机(12)固定在床身(1)上，该主轴电机(12)传动连接回转盘(10)以带动回转盘(10)绕Z向转动，该回转盘(10)外回转周壁上固设工具头(9)，该工具头(9)上固设有单颗磨粒，该固设采用钎焊或者电镀的方式；
通过Z向直线运动机构(3)和X向直线运动机构(2)的联动进给及回转盘(10)带动工具头(9)上的单颗磨粒的圆周运动在工件(8)表面划擦，该测力仪(4)判断单颗磨粒是否脱落且在脱落时记录单颗磨粒所受的法向力和切向力，采用该切向力和法向力综合评价磨粒的结合强度。
还包括主轴(11)，该主轴(11)轴线沿Z向布置且传动连接主轴电机(12)和回转盘(10)。
还包括控制系统，该控制系统连接X向直线运动机构(2)、Z向直线运动机构(3)、角度微调装置(6)和主轴电机(12)。
该回转盘(10)的外回转周壁上固设有两个工具头(9)，该两个工具头(9)质量相等且两个工具头(9)相对外回转周壁的轴线对称布置，该两个工具头(9)中有且只有一个工具头(9)上固设有单颗磨粒。
本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之二是：
上述的砂轮磨粒结合强度测试装备的测试方法，包括：
步骤1，将工件(8)装夹在夹具(7)上；
步骤2，通过调整角度微调装置(6)使工件(8)的划擦表面与Z向平行；
步骤3，主轴电机(12)带动工具头(9)做圆周运动，带动单颗磨粒做圆周运动；
步骤4，X向直线运动机构(2)带动夹具(7)和工件(8)沿X正方向移动实现对刀；
步骤5，设定X向直线运动机构(2)的进给速度，设定Z向直线运动机构(3)的进给速度；
步骤6，控制X向直线运动机构(2)和Z向直线运动机构(3)联动进给，以在工件(8)表面划擦出深度逐渐增加的划痕；
步骤7，通过测力仪(4)获得的力信号判断单颗磨粒是否脱落，且记录脱落时作用在单颗磨粒上的法向力和切向力，采用该切向力和法向力综合评价磨粒的结合强度。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
单颗磨粒通过钎焊或者电镀的方式固结在工具头上，通过主轴电机带动工具头做圆周旋转运动，通过角度微调装置调整工件划擦表面与Z向平行，测试过程中通过Z向直线运动机构和X向直线运动机构的联动进给，在工件表面划擦出若干个深度逐渐变大的划痕，随着划擦深度的增加，作用在单颗磨粒上的力越来越大，直至单颗磨粒脱落，通过测力仪判断是否脱落，在脱落时通过测力仪获得并记录作用在单颗磨粒的法向力和切向力，采用该切向力和法向力综合评价单颗磨粒的结合强度，采用该测试方式能真实模拟砂轮磨削过程磨粒与工件的相对运动形式以及磨粒与工件之间的相互作用历程，能够较为准确的测得磨削过程中磨粒的结合强度。
附图说明
下面结合附图和本具体实施方式对本发明作进一步说明。
图1为本具体实施方式的砂轮磨粒结合强度测试装备的示意图。
具体实施方式
砂轮磨粒结合强度测试装备，请查阅图1，包括床身1、X向直线运动机构2、Z向直线运动机构3、测力仪4、转接板5、角度微调装置6、夹具7、工件8、工具头9、回转盘10、主轴11、主轴电机12以及控制系统。
该X向直线运动机构2装设在床身1和Z向直线运动机构3之间以使Z向直线运动机构3能沿X向直线运动，具体结构中：该X向直线运动机构2如包括设在床身1上的X向直线电机及该X向直线电机配设的X向动子，受X向直线电机驱动该X向动子能沿X向直线运动，该Z向直线运动机构3装设在X向动子上，因此Z向直线运动机构3能沿X向直线运动。
该Z向直线运动机构3装设在X向直线运动机构2和测力仪4之间以使测力仪4能沿Z向直线运动，具体结构中：该Z向直线运动机构3如包括设在X向动子上的Z向直线电机及该Z向直线电机配设的Z向动子，受Z向直线电机驱动该Z向动子能沿Z向直线运动，该测力仪4装设在Z向动子上，因此测力仪4能沿Z向直线运动。
该转接板5固定在测力仪4上；该角度微调装置6装设在转接板5和夹具7之间以使夹具7能沿Y轴转动，具体结构中：该角度微调装置6如包括装设在转接板5的Y轴旋转电机及该Y轴旋转电机配设的Y轴旋转动子，该Y轴旋转动子受Y轴旋转电机作用能沿Y轴旋转，该夹具7装设在Y轴旋转动子上，因此夹具7能沿Y轴转动。该工件8装夹在该夹具7上。
通过该X向直线运动机构2、Z向直线运动机构3能控制夹具7及该夹具7上的工件8沿X向、Z向直线运动，通过该角度微调装置6能控制夹具7绕Y轴旋转，使夹具7和工件8沿图1中所示方向(绕Y轴旋转)做微动偏摆，呈钟摆式运动，使工件8的划擦表面平行于Z向进给方向。
该主轴电机12固定在床身1上，该主轴电机12通过联轴器传动连接主轴11下端以带动主轴11转动，该主轴11轴线沿Z向布置，该主轴11上端与回转盘10相连，以使回转盘10绕Z向转动。
该回转盘10的外回转周壁上固设有两个工具头9，该两个工具头9质量相等且两个工具头9相对外回转周壁的轴线对称布置，设两个工具头9能起到平衡偏心质量的作用。该两个工具头9中有一个工具头9上固设有单颗磨粒，该固设采用钎焊或者电镀的方式，单颗磨粒采用钎焊或者电镀的方式固定在工具头9上，另一个不设单颗磨粒，则回转盘10转动实现划擦时只有工具头9上的单颗磨粒与工件接触。
本具体实施方式之中：该微调装置调整完毕后，工件划擦表面与Z向进给方向平行度误差最好小于0.5μm/10mm；该工件划擦面的表面粗糙度Ra最好优于0.1，且划擦面的平面度最好优于0.5μm/10mm。
砂轮磨粒结合强度测试装备的测试方法，包括：
步骤1，将工件8装夹在夹具7上，工件8的材料如为不锈钢；
步骤2，通过调整角度微调装置6使工件8的划擦表面与Z向平行度，平行度误差最好优于0.2μm/10mm；
步骤3，通过控制系统驱动主轴11带动工具头9做圆周运动，主轴的转速如为1200rpm，工具头9的顶端回转半径如为140mm，则此时的划擦线速度为8.8m/s；
步骤4，通过控制系统驱动X向直线运动机构带动夹具7和工件8沿X正方向移动，该步骤4进一步的包括：
快速进给，进给的速度如为2mm/s，当工具头9的顶端极限接近于工件8的划擦表面时，改为点动进给的方式，每次进给如0.2μm，直至工具头与工件8的划擦表面接触为止，接触与否通过测力仪是否有力信号判断，当有力信号出现时对刀完成。
步骤5，设定X向直线运动机构的进给速度，如为20μm/s，设定Z向直线运动机构的进给速度，如为10mm/s。
步骤6，控制X向直线运动机构和Z向直线运动机构联动进给，则在工件表面划擦出深度逐渐增加的划痕，具体的如：相邻两个划擦之间的距离为0.5mm，相邻两划痕之间的划擦深度差为1微米。
步骤7，通过测力仪4获得的力信号判断单颗磨粒是否脱落，记录脱落时作用在单颗磨粒上的法向力和切向力，本具体实施方式之中，单颗磨粒在第27个划擦出脱落，法向力和切向力分别是61.5N和52.7N，采用单颗磨粒脱落时所受的切向力和法向力综合评价磨粒的结合强度。
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 (5)
1.砂轮磨粒结合强度测试装备，其特征在于：包括床身(1)、X向直线运动机构(2)、Z向直线运动机构(3)、测力仪(4)、转接板(5)、角度微调装置(6)、夹具(7)、工件(8)、工具头(9)、回转盘(10)和主轴电机(12)；该X向直线运动机构(2)装设在床身(1)和Z向直线运动机构(3)之间以使Z向直线运动机构(3)能沿X向直线运动；该Z向直线运动机构(3)装设在X向直线运动机构(2)和测力仪(4)之间以使测力仪(4)能沿Z向直线运动，该转接板(5)固定在测力仪(4)上；该角度微调装置(6)装设在转接板(5)和夹具(7)之间以使夹具(7)能沿Y轴转动，该工件(8)装夹在该夹具(7)上；该主轴电机(12)固定在床身(1)上，该主轴电机(12)传动连接回转盘(10)以带动回转盘(10)绕Z向转动，该回转盘(10)外回转周壁上固设工具头(9)，该工具头(9)上固设有单颗磨粒，该固设采用钎焊或者电镀的方式；
通过Z向直线运动机构(3)和X向直线运动机构(2)的联动进给及回转盘(10)带动工具头(9)上的单颗磨粒的圆周运动在工件(8)表面划擦，该测力仪(4)判断单颗磨粒是否脱落且在脱落时记录单颗磨粒所受的法向力和切向力，采用该切向力和法向力综合评价磨粒的结合强度。
2.根据权利要求1所述的砂轮磨粒结合强度测试装备，其特征在于：还包括主轴(11)，该主轴(11)轴线沿Z向布置且传动连接主轴电机(12)和回转盘(10)。
3.根据权利要求1所述的砂轮磨粒结合强度测试装备，其特征在于：还包括控制系统，该控制系统连接X向直线运动机构(2)、Z向直线运动机构(3)、角度微调装置(6)和主轴电机(12)。
4.根据权利要求1或2或3所述的砂轮磨粒结合强度测试装备，其特征在于：该回转盘(10)的外回转周壁上固设有两个工具头(9)，该两个工具头(9)质量相等且两个工具头(9)相对外回转周壁的轴线对称布置，该两个工具头(9)中有且只有一个工具头(9)上固设有单颗磨粒。
5.根据权利要求1或2或3所述的砂轮磨粒结合强度测试装备的测试方法，其特征在于：包括：
步骤1，将工件(8)装夹在夹具(7)上；
步骤2，通过调整角度微调装置(6)使工件(8)的划擦表面与Z向平行；
步骤3，主轴电机(12)带动工具头(9)做圆周运动，带动单颗磨粒做圆周运动；
步骤4，X向直线运动机构(2)带动夹具(7)和工件(8)沿X正方向移动实现对刀；
步骤5，设定X向直线运动机构(2)的进给速度，设定Z向直线运动机构(3)的进给速度；
步骤6，控制X向直线运动机构(2)和Z向直线运动机构(3)联动进给，以在工件(8)表面划擦出深度逐渐增加的划痕；
步骤7，通过测力仪(4)获得的力信号判断单颗磨粒是否脱落，且记录脱落时作用在单颗磨粒上的法向力和切向力，采用该切向力和法向力综合评价磨粒的结合强度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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