[发明专利]一种基于声发射监测的金刚石刀具圆弧波纹度控制方法

说明书

一种基于声发射监测的金刚石刀具圆弧波纹度控制方法，属于高精度金刚石刀具制造技术领域。将金刚石刀具和声发射传感器安装在刃磨机床的刀具夹具上；开启声发射采集设备进行断铅实验；控制刃磨机床的环境温度在20±0.5℃，在性能保持稳定后进行金刚石刀具的精磨加工；利用声发射采集设备辅助金刚石刀具的对刀过程，严格控制精磨加工的进给量大小；主轴转速4000～4500r/min，摆轴摆速3.0～8.0°/s，研磨压力10～15N，单次进给量0.1～0.5μm；通过声发射信号阈值法判断金刚石刀具精磨加工是否完成；对金刚石刀具进行定区域修磨；清洁金刚石刀具测量圆弧波纹度。通过声发射采集设备进行监测，实现定区域修磨，进一步降低金刚石刀具的圆弧波纹度。

技术领域

本发明属于高精度金刚石刀具制造技术领域，尤其是一种基于声发射监测的金刚石刀具圆弧波纹度控制方法。

背景技术

金刚石刀具一直被广泛地应用在超精密切削加工中，其加工出的零件表面质量好，加工精度高，并且金刚石刀具硬度高、耐磨性好，高精度的金刚石刀具是实现超精密切削加工的必要条件之一。超精密切削加工用的金刚石刀具刀刃形状主要分为三种：直线修光刃、尖刃(含微圆弧刃)和圆弧修光刃。微圆弧刃刀具加工难度高，直线修光刃刀具加工时要求极高的对刀精度，相比之下，圆弧修光刃刀具由于其在实际加工过程中对刀容易，使用方便，并且只要刀具进给量控制得当，加工留下的残留面积很小，所以目前超精密切削加工大多数采用的金刚石刀具都是圆弧修光刃刀具。

圆弧刃金刚石刀具在超精密切削加工中影响加工质量的因素主要是刀具刃口钝圆半径，刀具刃口圆弧轮廓精度以及刀具前后刀面表面粗糙度，所以对于圆弧刃金刚石刀具的刃磨质量来说，其评价指标主要包括刃口钝圆半径、圆弧波纹度和前后刀面表面粗糙度。在实际加工中，刃口钝圆半径影响最小切削厚度和加工表面的残余应力，前刀面表面粗糙度在加工时影响切屑的流动，而圆弧波纹度和后刀面表面粗糙度随着切削加工会复印到加工表面，是影响加工表面质量的关键因素。因此，想要研制高精度的圆弧刃金刚石刀具，必须控制刀具的圆弧波纹度。

传统人耳监听的方式加工出的金刚石刀具精度已经难以满足日益发展的超精密加工需求，因此需要利用高精度的监测方式以提高金刚石刀具刃磨监测精度。在力、振动、电流和声发射等监测信号中，声发射信号对材料的破碎十分敏感，监测各向异性的金刚石刀具刃磨过程有着独特的优势，其监测精度高于力、振动等信号。因此，通过声发射监测金刚石刀具刃磨加工，实现金刚石刀具圆弧波纹度的有效控制，对提高超精密切削加工的加工质量具有显著意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于声发射监测的金刚石刀具圆弧波纹度控制方法，通过声发射采集设备对金刚石刀具的精磨加工过程进行监测，分析声发射信号特征参数，判断金刚石刀具圆弧轮廓误差分布情况，实现定区域修磨，进一步降低金刚石刀具的圆弧波纹度。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种基于声发射监测的金刚石刀具圆弧波纹度控制方法，包括如下步骤：

步骤一：金刚石刀具完成粗磨和半精磨之后，将金刚石刀具和声发射采集设备的声发射传感器安装在金刚石刀具刃磨机床的刀具夹具上，声发射传感器尽可能接近声源；

步骤二：开启声发射采集设备进行断铅实验，设置声发射采集设备的采样频率为2MHz，利用铅笔在刀具夹具上进行刻划，检测声发射传感器采集的信号，判断声发射传感器的耦合程度以及信号采集通道是否顺畅，以便及时进行调整；

步骤三：控制金刚石刀具刃磨机床的环境温度在20±0.5℃，启动后静置一段时间，在性能保持稳定后进行金刚石刀具的精磨加工；

步骤四：利用声发射采集设备辅助金刚石刀具的对刀过程，通过声发射信号特征参数的变化判断金刚石刀具与砂轮的接触状态，严格控制精磨加工的进给量大小；