[发明专利]支持不同润滑工况的单颗磨粒速度及尺寸效应试验系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械加工中的单颗磨粒实验领域，特别是涉及支持不同润滑工况的单颗磨粒速度及尺寸效应试验系统及方法。

背景技术

目前，磨削在机械加工中占有不可估量的重要地位。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，在磨削过程中，磨削机理一直以来都是磨削研究中的难点，由于参与磨削的磨粒数量多，磨粒切削刃形状、位置的随机性、磨削速度高等多种因素相互影响，研究磨削表面的形成机理和材料的去除机理异常困难。

由于磨削本质上可以归结为砂轮表面每一颗磨粒对被加工材料进行微观切削，因此可以将极其复杂的磨削过程简化为单颗磨粒磨削，这样就可以在不受其他磨粒的影响下，研究单颗磨粒的切削行为，深入探讨磨削机理。采用单颗磨粒代替整个砂轮进行磨削试验是一种研究磨削机理的有效方法，研究单颗磨粒磨削过程对分析磨削过程中的力、温度，材料的成屑及砂轮地貌对工件加工表面质量的影响具有重要的指导意义，为磨削过程控制提供依据。为了模拟单颗磨粒切除材料的过程，由此产生了单颗磨粒磨削试验。磨削加工中比磨削能(或单位磨削力)随磨削深度或平均切屑截面积的降低而增大，这就是所谓的尺寸效应。速度效应是指保证磨削速度与工件进给速度之比以及磨削深度一定情况下，单颗磨粒切削厚度保持恒定，临界成屑厚度、单位磨削力以及磨削过程量(磨削力、比能以及磨削温度)的改变均只与磨削速度的变化有关。单颗磨粒磨削试验中的速度及尺寸效应对于研究磨削机理具有非常重要的作用，现有技术中并没有针对单颗磨粒试验的速度及尺寸效应的实验系统进行设计。

经检索，南京航空航天大学丁文峰等发明了一种磨粒位姿可控的单颗磨粒磨削试验平台及其试验方法(专利号：201510532672.1)，在磨粒位姿可控的单颗磨粒磨削砂轮上布置带有磨粒的节块，并对称地布置不带有磨粒的平衡节块，节块由压盖、芯轴、底块组成，芯轴通过90°的圆锥面定位，并由芯轴顶紧螺钉紧固在节块的阶梯孔上，在芯轴顶端设有磨粒钎焊平台；芯轴紧固之前，围绕节块母体的阶梯孔旋转，控制磨粒位姿。

经检索，湖南大学金滩等发明了一种可控制高精度磨削机理研究实验装置(专利号：CN201310554164.4)，该实验装置包括以下特征：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，轴向螺旋测微仪放置于上T形滑块上，与圆口夹具相互配合，使用三个径向螺旋测微仪互差120°分布在基体上，可实现可控、高精度等特性，提出单颗磨粒、双颗磨粒及多颗磨粒多角度全方位研究磨削机理，针对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进行研究。

经检索，河南理工大学向道辉等发明了一种超声振动辅助下单颗磨粒磨削实验装置及方法(专利号：CN201410241159.2)，将工件安装在超精密机床的气浮主轴夹具上；利用对刀系统快速准确对刀；将对刀系统拆卸，开动超精密机床及超声振动系统，测力系统对实验过程中单颗磨粒受力情况进行在线检测和记录，并将数据传输到计算机；高速摄像系统对磨削过程中磨粒的运动轨迹、微观变化过程以及材料的去除过程进行在线观测和记录，能够真实反映整个砂轮的磨削过程。

经检索，并没有一种装置或方法针对单颗磨粒试验在不同润滑条件下进行研究，更没有一种实验系统针对单颗磨粒的速度及尺寸效应进行研究。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种支持不同润滑工况的单颗磨粒速度及尺寸效应试验系统，该系统使用砂轮盘上的单颗磨粒磨削工件，向磨削界面提供润滑油，磨削测力仪测量磨削力，测力仪安装在三维移动机构，用来调节工件的进给，此系统可以针对单颗磨粒速度及尺寸效应进行系统性研究。

一种支持不同润滑工况的单颗磨粒速度及尺寸效应试验系统的具体方案如下：

一种支持不同润滑工况的单颗磨粒速度及尺寸效应试验系统，包括：

可旋转的砂轮，设有至少一对磨粒；

工件固定台，设于砂轮底部以便于砂轮对工件的磨削；

磨削测力仪，设于工件固定台底部，且与控制机构连接；

三维移动机构，支撑磨削测力仪带动工件进行X、Y、Z向的移动，三维移动机构与控制机构连接，控制机构控制三维移动机构在每个方向的进给速度、控制砂轮的载荷，并记录磨削测力仪测量的数据；

喷嘴，朝向工件固定台设置，喷嘴与不同润滑机构可拆卸连接，通过不同润滑机构向喷嘴提供不同种类的润滑油、不同种类的纳米粒子和不同质量分数的纳米粒子，实现不同润滑工况下的切削试验。