[发明专利]一种用于超声ELID内圆磨削空化效应的在线监测装置

说明书

本发明公开了一种用于超声ELID内圆磨削空化效应的在线监测装置，包括设置在机床工作台上的机床主轴系统、设置在机床主轴两侧的可移动式的ELID在线修整装置和用于观测在超声ELID磨削过程中的超声作用中空化作用的强弱，以及对砂轮修整影响程度的在线观测空化效应的在线观测系统。本发明通过在机床主轴右侧的ELID在线修整装置和主轴下方工作台左侧的在线观测系统，从而实现超声ELID内圆磨削中的空化效应的在线监测，同时可根据工作要求进行砂轮ELID在线修整与否，形成一种可视化的超声ELID内圆磨削空化效应的在线监测试验装置，对于这种可用于各种材料加工的高效镜面加工技术机理的研究，推进了其在国防、航空航天等高技术领域中的应用具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及超声复合加工中超声空化检测及信号分析技术，尤其涉及一种用于超声ELID内圆磨削空化效应的在线监测装置。

背景技术

工程陶瓷、光学玻璃等硬脆材料具有耐高温、耐化学腐蚀、抗高温蠕变、低热膨胀系数等特点，成为军工、航天、精密仪表、机床工业等应用领域关注的热点，但由于该材料的难加工特性，诸如脆性大在加工中很容易产生多类损伤，从而使之应用受到限制。为解决这些难题，近年来许多研究者对这类硬脆材料的高效超精密加工方法进行了研究，诸如硬脆材料的预应力加工法、ELID超精密加工法、磁性抛光技术、超声加工技术等。在这些加工方法中，ELID超精密加工方法和超声加工技术属于目前比较成熟的超精加工方法：ELID超精密加工方法使砂轮能够得到在线修整，磨削效率有显著提高，但总体来说，效率在应用中仍是较低；超声加工能有效地改善磨削表面质量、大幅度提高磨削效率，但砂轮不能实现在线修整。因此，将超声振动与ELID加工方法相复合，结合这两种加工方法之优点，形成一种针对硬脆材料的镜面高效加工技术显得尤为必要。

在这种新型的超声ELID复合加工技术中，普通ELID磨削的加工机理发生了显著的变化，其中最明显的就是超声作用的附加给这种新的加工技术带来了空化效应。空化效应产生的噪声与振动将对这种新的复合加工技术产生一系列的影响，例如它一方面能限制在液体中传播的声振强度，另一方面它对一系列物理-化学过程的速度也会产生显著地影响，因此研究超声ELID复合磨削中的空化效应对于揭示这种新的复合加工技术的科学本质具有重要的意义。

通常对于空化效应进行测量，是通过一系列的物理、化学方法，如物理上的次谐波法，化学的碘释放及电学法，且随着科学技术的发展，出现了使用高速摄影与三维全息技术，形象地揭示与研究超声空化过程的方法。电学方法是通过空化效应使水变成了电解液，电导率增大，通过检测电导率的变化，即可研究空化效应的情况；碘释放法是利用超声空化过程中，KI溶液中的KI氧化生成单质碘，加入少量CCl4，使碘大量析出，加入淀粉后又使碘呈现出兰色，再用硫代硫酸钠进行滴定，溶液恢复又逐渐变成无色，通过检测硫代硫酸钠的量就可以确定碘的析出量，进而得出空化强度；高速摄像法利用高速相机实时记录二维图像，这种方法不仅可以测量气泡大小如半径，还可以得到气泡的实际形状，但该方法的成本较高；声致发光成像是利用空化气泡在坍塌的瞬间，气泡内会产生极高的压强与温度，从而发射出一种弱光，当超声的频率、声强、液体的温度等条件发生变化时，声致发光强度就会发生显著的变化，通过观察液体中发光区域的变化和分布，分析液体中空化效应的变化情况。

这些方法在反应过程、测量精度、测量成本、实时检测等方面都存在一定的局限性。如电学方法、碘释放法等需要进行复杂的物理化学变换，实验过程繁杂，并且结果也不够精确，只能间接反映空化特性；高速摄像法虽然直观，但一般设备比较昂贵，要求的实验条件较高；声致发光成像法所得到的数据离散度较大，同时由于空化过程中的温升、雾化以及鲁米诺的损耗等原因，使光源不稳，曝光时间较长，很难从成像中做精细的分析。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于超声ELID内圆磨削空化效应的在线监测装置，能够实现对超声ELID复合内圆磨削过程中的空化效应进行在线、直观、准确的监测。

本发明采用的技术方案为：