可控速控温的单颗磨粒磨削实验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于磨削加工中的材料测试领域，尤其涉及一种可控速控温的单颗磨粒磨削实验装置。
【背景技术】
[0002]砂轮表面是由不计其数、随机分布的磨粒构成的，磨削过程实质上是这些磨粒滑擦、耕犁、切削的综合作用。所有单颗磨粒的微观切削作用的集合构成了砂轮的宏观磨削作用，因此单颗磨粒的切削性能决定了砂轮整体的磨削性能。
[0003]单颗粒磨削适用于研宄磨削机理、磨粒的磨损特性、被磨表面质量，是认识复杂磨削机理的重要方法，其实验方法有多种，一般可分为钟摆实验法、直线滑擦实验法、球-盘摩擦实验法和楔形滑擦实验法。钟摆实验法是将磨粒固定在摆杆上，磨粒随摆杆绕中心摆动，磨粒接触并切入工件，最后在工件上切出一条弧线的沟槽。直线滑擦实验法一般在划痕实验机上进行，但是一次实验只能在工件上划出一定深度的直线划痕。球-盘摩擦实验法一般在高速球-盘摩擦机上进行，这种方法主要用于研宄磨削过程中的摩擦系数。楔形滑擦实验法一般在精密车床上进行，工件底部垫上垫片，或者将工件做成楔形，使磨粒在磨削过程中的切深逐渐增大，切出一条深度逐渐发生变化的槽。
[0004]上述的单颗磨粒切削实验，选用的磨粒粒度都较大，并且实验速度远远低于实际的单颗磨粒切削速度，对于研宄高速磨削更是困难。
【发明内容】
[0005]本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种可控速控温的单颗磨粒磨削实验装置。
[0006]根据本发明实施例的可控速控温的单颗磨粒磨削实验装置包括:电主轴；刀柄，所述刀柄设在所述电主轴上；工件，所述工件设在所述刀柄上；用于带动所述工件移动的移动平台，所述电主轴设在所述移动平台上；用于将所述工件加热到预定温度的加热组件；工作台；底粧，所述底粧设在所述工作台上；测力器，所述测力器设在所述底粧上；安装有单颗磨粒的刀具，所述刀具设在所述测力器上；和用于对刀的相机组件，所述相机组件与所述刀具相对。
[0007]根据本发明实施例的可控速控温的单颗磨粒磨削实验装置能够有效地模拟砂轮上单颗磨粒与工件表面相互作用的磨削过程，通过实验参数的设置为高速高温磨削的机理研宄提供了实验支持。
[0008]根据本发明的一个实施例，所述工件套装在所述刀柄上，所述可控速控温的单颗磨粒磨削实验装置进一步包括刀柄螺母，所述刀柄螺母套装在所述刀柄上且抵靠在所述工件上。
[0009]根据本发明的一个实施例，所述可控速控温的单颗磨粒磨削实验装置进一步包括第一垫块，所述第一垫块套装在所述刀柄上，所述第一垫块抵靠在所述工件上，所述刀柄螺母抵靠在所述第一垫块上。
[0010]根据本发明的一个实施例，所述加热组件包括:用于加热所述工件的外周面的感应线圈，所述感应线圈与所述工件配合；感应加热电源，所述感应加热电源与所述感应线圈相连；和用于汇聚磁感线的聚能器。
[0011]根据本发明的一个实施例，所述加热组件进一步包括:用于采集所述工件的温度信息的红外热成像仪，所述红外热成像仪与所述工件配合；和红外成像PC机，所述红外成像PC机与所述红外热成像仪、所述感应加热电源和所述感应线圈相连以便根据所述红外热成像仪采集的所述工件的温度信息调节所述感应加热电源的电流强度和频率以及所述感应线圈与所述工件之间的距离。
[0012]根据本发明的一个实施例，所述相机组件包括:相机机架；工业相机机身；工业相机镜头，所述工业相机镜头设在所述工业相机机身上且与所述刀具相对，其中所述工业相机镜头设在所述相机机架上；和工业相机操控PC机，所述工业相机操控PC机通过第一数据线与所述工业相机机身相连。
[0013]根据本发明的一个实施例，所述相机组件进一步包括外加光源，所述外加光源安装在所述工业相机镜头上。
[0014]根据本发明的一个实施例，所述可控速控温的单颗磨粒磨削实验装置进一步包括第一机床夹具和第二机床夹具，所述第一机床夹具和所述第二机床夹具设在所述工作台上，所述第一机床夹具和所述第二机床夹具夹持所述底粧且在所述底粧的径向上相对。
[0015]根据本发明的一个实施例，所述测力器包括:测力传感器，所述测力传感器设在所述底粧上；信号放大器，所述信号放大器通过第二数据线与所述测力传感器相连；数据采集卡，所述数据采集卡与所述信号放大器相连；和测力器操控PC机，所述测力器操控PC机与所述数据采集卡相连。
[0016]根据本发明的一个实施例，所述可控速控温的单颗磨粒磨削实验装置进一步包括第二垫块，所述第二垫块设在所述测力传感器上，所述刀具设在所述第二垫块上。
【附图说明】
[0017]图1是根据本发明实施例的可控速控温的单颗磨粒磨削实验装置的结构示意图；
[0018]图2是根据本发明实施例的可控速控温的单颗磨粒磨削实验装置的局部结构示意图；
[0019]图3是根据本发明实施例的可控速控温的单颗磨粒磨削实验装置的局部结构示意图；
[0020]图4是根据本发明实施例的可控速控温的单颗磨粒磨削实验装置的局部结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0022]下面参考附图描述根据本发明实施例的可控速控温的单颗磨粒磨削实验装置10。如图1-图4所示，根据本发明实施例的可控速控温的单颗磨粒磨削实验装置10包括电主轴1011、刀柄1012、工件1013、用于带动工件1013移动的移动平台102、用于将工件1013加热到预定温度的加热组件、工作台104、底粧1051、测力器、安装有单颗磨粒的刀具1052和用于对刀的相机组件。
[0023]刀柄1012设在电主轴1011上，工件1013设在刀柄上。电主轴1011设在移动平台102上，以便移动平台102通过电主轴1011和刀柄1012带动工件1013移动。底粧1051设在工作台104上，该测力器设在底粧1051上，刀具1052设在该测力器上。该相机组件与刀具1052相对。
[0024]下面参考图1-图4简要描述根据本发明实施例的可控速控温的单颗磨粒磨削实验装置10的工作过程。
[0025]首先进行对刀过程，利用移动平台102带动工件1013在XY平面内移动，直至工件1013的径向与刀具1052的轴线重合。然后，沿刀具1052的轴线缓慢地移动工件1013，直至工件1013与刀具1052上的单颗磨粒相接触。当该测力器的力信号有较明显峰值时，可以认为对刀完成。
[0026]然后进行切削测试，利用移动平台102带动工件1013沿Z轴移动，以便使工件1013离开刀具1052 —定距离。此时，利用该加热组件对工件1013的外周面进行局部加热，以便使工件1013的外周面区域达到预定的温度，从而实现温度可控的高温切削。
[0027]接着，利用移动平台102带动工件1013沿Y轴移动，以便完成切削深度的设定。工件1013以设定的转速旋转，同时沿Z轴以给定的进给速度移动一段距离，以便与刀具1052上的单颗磨粒发生相互切削作用。该测力器将实时记录并保存该切削过程中的力信号，以便供后续分析。同时，可以利用该相机组件直接观察到该单颗磨粒在切削前后的形貌变化。
[0028]根据本发明实施例的可控速控温的单颗磨粒磨削实验装置10可以由现有的车床改造而成，即以车代磨。换言之，可控速控温的单颗磨粒磨削实验装置10的电主轴1011可以是车床的电主轴。因此，可控速控温的单颗磨粒磨削实验装置10的电主轴1011可以达到较高的转速(每分钟几千转到几万转)，从而可以通过电主轴1011的转速与工件1013的直径尺寸的配合来获得不同的切削线速度，并且刀具1052是与工件1013的外周面发生相互作用，从而可以保证切削线速度恒定，以便实现对磨削过程线速度的控制。通过使电主轴1011高速旋转，从而可以获得高线速度，为高速/超高速磨削机理的研宄提供了实验支持。
[0029]根据本发明实施例的可控速控温的单颗磨粒磨削实验装置10通过设置用于加热工件1013的加热组件，从而可以将工件1013的外周面区域加热到预定的温度，由此可以实现高温可控的磨削测试。
[0030]根据本发明实施例的可控速控温的单颗磨粒磨削实验装置10通过设置测力器和用于对刀的相机组件，从而可以将该相机组件的图像对刀方式与该测力器的力信号对刀方式相结合，以便互相作为参照，确保了对刀过程和切削过程的精准性与实时性，即提高了对刀的精准性，解决了因磨粒的尺寸较小而造成的对刀困难的问题。由此可以使根据本发明实施例的可控速控温的单颗磨粒磨削实验装置10可以用于研宄小粒度的磨粒的磨削性能。而且，根据该相机组件传送的图像信息，可以在线观察磨粒在切削工件前后的形貌变化，同时结合该测力器的力信号变化以实现磨粒的磨削行为的在线分析，有助于磨粒磨损的机理分析。
[0031]此外，由于根据本发明实施例的可控速控温的单颗磨粒磨削实验装置10可以由现有的车床改造而成，因此可控速控温的单颗磨粒磨削实验装置10具有便于制造、制造成本低的优点。
[0032]根据本发明实施例的可控速控温的单颗磨粒磨削实验装置10能够有效地模