[实用新型]一种超声辅助高速单点划擦试验装置

说明书

本实用新型公开了一种超声辅助高速单点划擦试验装置，多层结构砂轮安装在高速精密磨床的主轴上，通过磨床主轴带动多层结构砂轮高速转动；多层结构砂轮沿轴向分布不同粒度的磨削层，不同磨削区域间设置凹槽，凹槽中可安装金刚石压头，对刀后通过多层结构砂轮的高速旋转在试样表面产生一定切深的划痕。超声发生器通过导线与换能器、变幅杆相连，变幅杆与换能器连接，换能器安装在测力仪上，测力仪安装在在高速精密磨床的工作台上；试样通过夹具装夹固定于变幅杆上，在超声振动系统的作用下工件产生超声振动，并通过高速精密磨床可进行轴向进给、径向进给。本实用新型实现超声辅助单颗磨粒的高速划擦，装置简单、操作方便。

技术领域

本实用新型涉及超声辅助磨削加工领域，具体涉及一种超声辅助高速单点划擦试验装置及方法。

背景技术

单晶硅、蓝宝石、光学玻璃以及工程陶瓷等硬脆材料因其高硬度、高强度、高耐磨性、高耐热性以及耐腐蚀性等一系列优良的机械物理性质，广泛应用于航空航天、光学以及半导体等领域。但由于这些材料的硬度高、脆性大、化学惰性好，要实现对其高效精密加工较为困难。

超声振动辅助磨削是加工硬脆性材料的一种有效方法，它是通过施加超声振动辅助磨削去除材料的过程。超声振动辅助磨削不仅加工精度高，且能够降低磨削力和磨削温度、减少砂轮堵塞和磨损，使得加工效率也有较大提高。超声振动辅助磨削特别适用于难加工材料如钛合金、高强钢、复合材料、工程陶瓷、玻璃等高硬度、高塑性、高强度等的高效精密加工。

磨削过程其本质是大量离散分布在砂轮表面的磨粒完成的滑擦、耕犁、切削作用的综合效果，辅助的加工机理极大程度地阻碍了对磨削加工过程的理解。单颗磨粒划擦试验作为一种常用的方法被广泛应用模拟磨粒与工件的相互作用过程，以便更好的理解磨削过程，揭示磨削机理。相应地，超声辅助单颗磨粒划擦试验也常被用于超声辅助磨削机理的研究。单点划擦试验一般分为两种，一种是固定切深的平面划擦，另一种是变切深的钟摆式划擦。平面划擦虽可获得固定的切深，但往往划擦速度较慢，而钟摆式划擦虽然速度可以达到与磨削相同的速度，但不能获得固定切深。然而，为了能够更好的揭示超声辅助磨削机理，开展固定切深情况下的超声辅助单颗磨粒高速划擦试验是非常必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术之不足，提供一种超声辅助高速单点划擦试验装置及试验方法，将超声振动辅助磨削技术和高速单点划擦系统相复合，通过本实用新型达到对单颗磨粒的高转速的恒定切深的平面划擦试验，可用于端面磨削、研磨和抛光。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种超声辅助高速单点划擦试验装置，包括：高速磨削精密平面磨床、多层结构砂轮、超声振动系统、测力仪和试样；

所述高速精密磨床包括主轴、工作台、磨床主体、控制面板；

所述超声振动系统包括变幅杆、换能器、超声发生器；

所述多层结构砂轮安装在所述高速精密磨床的主轴上，通过操纵磨床主轴带动多层结构砂轮高速转动；所述多层结构砂轮沿砂轮基体的轴向分布不同粒度的磨削层；不同粒度的磨削层之间设置凹槽，凹槽中安装金刚石压头；

所述超声发生器通过导线与换能器、变幅杆相连，所述变幅杆与所述换能器连接，所述换能器安装在所述测力仪上，所述测力仪安装在在所述高速精密磨床的工作台上，通过信号放大和数据采集获得划擦过程中试样受力的数据；所述试样通过夹具装夹固定于变幅杆上，并通过高速精密磨床可进行轴向进给、径向进给，使安装在磨床上的多层结构砂轮通过不同粒度的磨削层对试样进行粗磨、精磨和抛光，以获得与砂轮表面曲率相同的弧形光滑表面；对刀后利用多层结构砂轮的高速转动，使得金刚石压头对试样表面进行固定切深的超声辅助高速单点划擦，在试样表面产生一定切深的划痕。

在一较佳实施例中：所述变幅杆的振动频率在20-50KHz范围内，振幅在5-50μm范围内。